Los investigadores de Columbia Engineering anunciaron hoy que han introducido un nuevo tipo de dedo robótico con sentido del tacto. Su dedo puede localizar el tacto con una precisión muy alta. <1 mm:sobre un gran superficie multicurva, al igual que su contraparte humana.

"Durante mucho tiempo ha existido una brecha entre los sensores táctiles independientes y los dedos táctiles totalmente integrados; la detección táctil todavía está lejos de ser omnipresente en la manipulación robótica, "dice Matei Ciocarlie, profesor asociado en los departamentos de ingeniería mecánica e informática, quien dirigió este trabajo en colaboración con el profesor de Ingeniería Eléctrica Ioannis (John) Kymissis. "En este papel, hemos demostrado un dedo robótico multicurvo con localización táctil precisa y detección de fuerza normal sobre superficies complejas en 3-D ".

Los métodos actuales para construir sensores táctiles han demostrado ser difíciles de integrar en los dedos de los robots debido a múltiples desafíos, incluida la dificultad para cubrir superficies multicurvas, alto recuento de cables, o dificultad para encajar en las yemas de los dedos pequeños, impidiendo así su uso en manos diestras. El equipo de ingeniería de Columbia adoptó un nuevo enfoque:el uso novedoso de señales superpuestas de emisores de luz y receptores incrustados en una capa de guía de ondas transparente que cubre las áreas funcionales del dedo.

Midiendo el transporte de luz entre cada emisor y receptor, demostraron que pueden obtener un conjunto de datos de señales muy rico que cambia en respuesta a la deformación del dedo debido al tacto. Luego demostraron que los métodos de aprendizaje profundo puramente basados ​​en datos pueden extraer información útil de los datos, incluida la ubicación del contacto y la fuerza normal aplicada, sin necesidad de modelos analíticos. Su resultado final es un dedo de robot sensorizado, con un recuento de cables bajo, construido utilizando métodos de fabricación accesibles y diseñado para una fácil integración en manos diestras.

El estudio, publicado en línea en Transacciones IEEE / ASME sobre mecatrónica , demuestra los dos aspectos de la tecnología subyacente que se combinan para permitir nuevos resultados. Primeramente, en este proyecto, los investigadores usan la luz para sentir el tacto. Bajo la piel, "su dedo tiene una capa de silicona transparente, en el que brillaron la luz de más de 30 LED. El dedo también tiene más de 30 fotodiodos que miden cómo rebota la luz. Siempre que el dedo toque algo, su piel se deforma, para que la luz se mueva en la capa transparente debajo. Midiendo cuánta luz pasa de cada LED a cada diodo, los investigadores terminan con cerca de 1, 000 señales, cada una de las cuales contiene información sobre el contacto que se realizó. Dado que la luz también puede rebotar en un espacio curvo, estas señales pueden cubrir una forma tridimensional compleja, como la yema de un dedo.

"El dedo humano proporciona información de contacto increíblemente rica:¡más de 400 pequeños sensores táctiles en cada centímetro cuadrado de piel!" dice Ciocarlie. "Ese fue el modelo que nos impulsó a tratar de obtener la mayor cantidad de datos posible de nuestro dedo. Era fundamental asegurarnos de que todos los contactos en todos los lados del dedo estuvieran cubiertos; básicamente construimos un dedo de robot táctil sin puntos ciegos. "

En segundo lugar, el equipo diseñó estos datos para que sean procesados ​​por algoritmos de aprendizaje automático. Porque hay tantas señales, todos ellos parcialmente superpuestos entre sí, los datos son demasiado complejos para ser interpretados por humanos. Afortunadamente, Las técnicas actuales de aprendizaje automático pueden aprender a extraer la información que interesa a los investigadores:dónde se toca el dedo, lo que es tocar el dedo, cuánta fuerza se está aplicando, etc.

"Nuestros resultados muestran que una red neuronal profunda puede extraer esta información con una precisión muy alta, ", dice Kymissis." Nuestro dispositivo es verdaderamente un dedo táctil diseñado desde el principio para ser utilizado junto con algoritmos de inteligencia artificial ".

Además, el equipo construyó el dedo para que, y otros, se puede poner en manos robóticas. Integrar el sistema en una mano es fácil:gracias a esta nueva tecnología, el dedo recoge casi 1, 000 señales, pero solo necesita un cable de 14 hilos que lo conecte a la mano, y no necesita componentes electrónicos externos complejos. Los investigadores ya tienen dos manos diestras (capaces de agarrar y manipular objetos) en su laboratorio equipadas con estos dedos:una mano tiene tres dedos, y el otro cuatro. En los próximos meses el equipo usará estas manos para intentar demostrar habilidades de manipulación diestras, basado en datos táctiles y propioceptivos.

"Ahora se necesita una hábil manipulación robótica en campos como la fabricación y la logística, y es una de las tecnologías que, a largo plazo, son necesarios para permitir la asistencia robótica personal en otras áreas, como dominios de servicios o atención médica, "Añade Ciocarlie.

El estudio se titula "Un dedo de robot multicurvo sensorizado con detección táctil impulsada por datos a través de señales luminosas superpuestas".