Soft e-skin utiliza campos magnéticos para detectar forças de três eixos de forma independente

As peles eletrônicas (e-skins) são materiais sensores flexíveis projetados para imitar a capacidade da pele humana de captar informações táteis ao tocar objetos e superfícies. E-skins de alto desempenho poderiam ser usados ​​para aprimorar as capacidades dos robôs, criar novas interfaces táteis e desenvolver próteses mais avançadas.

Nos últimos anos, pesquisadores e engenheiros têm tentado desenvolver e-skins com unidades táteis individuais (ou seja, taxéis) que possam detectar com precisão as forças normais (ou seja, perpendiculares) e de cisalhamento (ou seja, laterais). Embora algumas dessas tentativas tenham sido bem-sucedidas, a maioria dos sensores multieixos existentes são baseados em projetos complexos ou exigem processos complexos de fabricação e calibração, o que limita sua implantação generalizada.

Pesquisadores da CNRS-Universidade de Montpellier introduziram um novo soft e-skin que aproveita campos magnéticos para detectar forças de forma independente em três eixos. Este e-skin, descrito em um artigo publicado em Inteligência da Máquina da Naturezatem um design simples que pode ser fácil de reproduzir em grande escala.

“A detecção tátil é importante para humanos e robôs perceberem e interagirem fisicamente com o mundo, enquanto os sensores táteis artificiais existentes ainda são limitados em muitos aspectos”, disse Youcan Yan, primeiro autor do artigo, ao Tech Xplore.

“Inspirada na pele humana e na propriedade de autodesacoplamento do conjunto Halbach, esta pesquisa teve como objetivo desenvolver uma tecnologia de detecção tátil que possa desacoplar forças 3D em uma estrutura de sensor simples e processo de calibração.”

O sensor desenvolvido por Yan e seus colegas consiste em três camadas principais. A camada superior é um filme magnético flexível, a do meio é uma folha de elastômero e a inferior é uma placa de circuito impresso (PCB).

Quando um objeto ou superfície toca o sensor, o filme magnético flexível superior se deforma. Essa deformação, por sua vez, afeta o campo magnético abaixo dela, permitindo que a camada inferior baseada em PCB capte alterações causadas pelo contato com um determinado objeto/superfície.

“Essa variação no campo magnético é detectada pelos sensores Hall na camada inferior, que podem então ser usados ​​para estimar a força aplicada”, explicou Yan.

“Em comparação com sensores sem autodesacoplamento que são complexos na estrutura do sensor ou no processo de calibração, nosso sensor reduz os tempos de calibração de cúbico (N³) escala para escalas lineares (3N), permitindo assim um design simplificado e fácil calibração que são importantes para aplicações práticas.”

Yan e seus colegas avaliaram seu sensor em uma série de testes preliminares e descobriram que ele poderia medir a distribuição tridimensional das forças aplicadas a ele.

Os pesquisadores mostraram que ele poderia ser usado para medir a distribuição de forças nas articulações artificiais dos joelhos, para ensinar aos robôs novas habilidades manuais por meio de demonstrações baseadas no toque e para monitorar sinais biológicos enquanto os usuários estão envolvidos em diferentes atividades.

“Descobrimos que a propriedade de autodesacoplamento 2D da matriz Halbach pode ser generalizada para 3D sobrepondo dois filmes magnéticos flexíveis magnetizados sinusoidalmente com padrões de magnetização ortogonais”, disse Yan.

“Isso fornece a base para o design do sensor e demonstramos que nosso sensor pode facilitar uma ampla gama de aplicações, incluindo a medição da distribuição tridimensional da força em articulações artificiais dos joelhos, ensinando robôs a fazer café por meio de demonstração de toque e monitorando a interação forças entre joelheiras e a pele humana durante diversas atividades.”

O sensor desenvolvido por esta equipe de pesquisadores poderá em breve ser melhorado e testado em uma ampla gama de cenários. No futuro, poderá ser integrado com sistemas robóticos existentes ou recentemente desenvolvidos, tecnologias vestíveis e próteses para melhorar as suas capacidades de detecção táctil.

“Agora iremos otimizar ainda mais o design do sensor, por exemplo, alterando os materiais de que é feito e integrando-o com outros tipos de robôs, como humanóides”, acrescentou Yan.

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