Gli ingegneri di Stanford sviluppano un guanto elettronico che dà ai robot il senso del tatto: Un guanto elettronico che conferisce alle mani robotiche parte della destrezza manuale di cui godono gli esseri umani

Gli ingegneri di Stanford hanno sviluppato un guanto elettronico contenente sensori che un giorno potrebbe conferire alle mani robotiche il tipo di destrezza che gli esseri umani danno per scontato. I ricercatori di Stanford hanno sviluppato sensori tattili simili alla pelle che consentono a questa mano robotica di fornire la giusta quantità di pressione per sollevare e spostare una pallina da ping pong senza schiacciarla.

In un carta pubblicato nel novembre. 21 nel Robotica scientifica, ingegnere chimico Zhenan Bao e il suo team ha dimostrato che i sensori funzionano abbastanza bene da consentire a una mano robotica di toccare una bacca delicata e maneggiare una pallina da ping pong senza schiacciarla.

“Questa tecnologia ci mette sulla buona strada per fornire un giorno ai robot il tipo di capacità di rilevamento presenti nella pelle umana," Disse Bao.

Bao ha detto che i sensori sulla punta delle dita del guanto misurano simultaneamente l’intensità e la direzione della pressione, due qualità essenziali per raggiungere la destrezza manuale. I ricercatori devono ancora perfezionare la tecnologia per controllare automaticamente questi sensori, ma quando lo faranno, un robot che indossa il guanto potrebbe avere la destrezza necessaria per tenere un uovo tra pollice e indice senza romperlo o lasciarlo scivolare.

L'elettronica che imita la vita

Il guanto elettronico imita il modo in cui gli strati della pelle umana lavorano insieme per conferire alle nostre mani la loro straordinaria sensibilità.

Il nostro strato esterno di pelle è dotato di sensori per rilevare la pressione, calore e altri stimoli. Le nostre dita e i nostri palmi sono particolarmente ricchi di sensori tattili. Questi sensori funzionano in combinazione con un sottostrato di pelle chiamato spinoso, un terreno microscopico e accidentato di colline e valli.

Questa irregolarità è fondamentale. Come il nostro dito tocca un oggetto, lo strato esterno della pelle si avvicina allo spinoso. Un tocco leggero viene avvertito principalmente dai sensori vicini alle cime delle colline. Una pressione più intensa spinge la pelle esterna nelle valli dello spinoso, innescando sensazioni tattili più intense.

Ma misurare l’intensità della pressione è solo una parte di ciò che consente lo spinoso. Questo sottostrato irregolare aiuta anche a rivelare la direzione della pressione, o forza di taglio. Un dito che preme verso nord, per esempio, crea segnali forti sui versanti meridionali di quelle microscopiche colline. Questa capacità di percepire la forza di taglio è parte di ciò che ci aiuta a tenere delicatamente ma saldamente un uovo tra il pollice e l’indice.

La studiosa post-dottorato Clementine Boutry e lo studente del master Marc Negre hanno guidato lo sviluppo dei sensori elettronici che imitano questo meccanismo umano. Ogni sensore sulla punta del dito del guanto robotico è costituito da tre strati flessibili che funzionano in sinergia. Gli strati superiore e inferiore sono elettricamente attivi. I ricercatori hanno steso una griglia di linee elettriche su ciascuna delle due superfici affacciate, come le righe in un campo, e abbiamo girato queste file perpendicolari l'una all'altra per creare una fitta serie di piccoli pixel di rilevamento. Hanno anche reso lo strato inferiore irregolare come lo spinoso.

L'isolante in gomma al centro teneva semplicemente separati gli strati superiore e inferiore degli elettrodi. Ma quella separazione era fondamentale, perché gli elettrodi che si avvicinano senza toccarsi possono immagazzinare energia elettrica. Mentre il dito robotico premeva, comprimendo gli elettrodi superiori più vicini al fondo, l'energia immagazzinata è aumentata. Le colline e le valli dello strato inferiore fornivano un modo per mappare l'intensità e la direzione della pressione su punti specifici sulle griglie perpendicolari, proprio come la pelle umana.

Tocco delicato

Per testare la loro tecnologia i ricercatori hanno posizionato i sensori a tre strati sulle dita di un guanto di gomma, e metti il ​​guanto su una mano robotica. Alla fine l’obiettivo è incorporare i sensori direttamente in un rivestimento simile alla pelle per le mani robotiche. In un esperimento, hanno programmato la mano robotica che indossa un guanto per toccare delicatamente una bacca senza danneggiarla. Hanno anche programmato la mano guantata per sollevare e spostare una pallina da ping pong senza schiacciarla, utilizzando il sensore per rilevare la forza di taglio appropriata per afferrare la palla senza farla cadere.

Bao ha affermato che con una corretta programmazione una mano robotica che indossa l'attuale guanto sensibile al tocco potrebbe eseguire un compito ripetitivo come sollevare le uova da un nastro trasportatore e metterle nei cartoni.. La tecnologia potrebbe avere applicazioni anche nella chirurgia assistita da robot, dove il controllo touch preciso è essenziale. Ma l’obiettivo finale di Bao è sviluppare una versione avanzata del guanto che applichi automaticamente la giusta quantità di forza per maneggiare un oggetto in sicurezza senza previa programmazione.

“Possiamo programmare una mano robotica per toccare un lampone senza schiacciarlo, ma siamo ben lontani dal riuscire a toccare e rilevare che è lampone e consentire al robot di raccoglierlo," lei disse.

fonte: aggiungendo che sarà uno sforzo interdisciplinare, di Tom Abate