Um sensor tátil baseado em polímero macio para aplicações de robótica

Para lidar efetivamente com as tarefas diárias, os robôs devem ser capazes de detectar as propriedades e características dos objetos ao seu redor, para que possam apreendê-los e manipulá-los de acordo. Os humanos conseguem isso naturalmente usando seu senso de toque e os roboticistas têm tentado fornecer aos robôs capacidades de detecção tátil semelhantes.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Hong Kong desenvolveu recentemente um novo sensor tátil suave que pode permitir que os robôs detectem diferentes propriedades dos objetos que estão segurando. Este sensor, apresentado em artigo pré-publicado na arXivé composto por duas camadas de fibras ópticas entrelaçadas e um algoritmo de autocalibração.

“Embora existam muitos sensores táteis macios e adaptáveis ​​em aplicações robóticas capazes de desacoplar a força normal e as forças de cisalhamento, o impacto do tamanho do objeto em contato no modelo de calibração de força tem sido comumente ignorado”, Wentao Chen, Youcan Yan e seus colegas escreveram em seu papel.

“Usando o princípio de que a força de contato pode ser derivada da perda de energia da luz no núcleo de fibra óptica macia, apresentamos um sensor tátil macio que desacopla as forças normais e de cisalhamento e calibra os resultados da medição com base no tamanho do objeto, projetando um sensor duplo estrutura anisotrópica de fibra óptica à base de polímero, em camadas, embutida em um elastômero macio.”

Essencialmente, o sensor tátil proposto pela equipe produz uma resposta anisotrópica quando é deformado em diferentes direções. Essa resposta é então processada por um algoritmo de calibração linear, que mapeia diretamente os sinais emitidos pelas fibras ópticas ao tamanho do objeto em contato com o sensor e as forças calibradas ao tamanho do objeto.

Chen, Yan e seus colegas avaliaram seu sensor em uma série de experimentos do mundo real, integrando-o na ponta de um braço robótico. Nesses testes iniciais, o sensor obteve resultados muito promissores, pois conseguiu medir o tamanho de objetos e suas forças normais e de torção calibradas por seu tamanho com boa precisão.

“Ao calibrar o sensor na ponta do braço robótico, mostramos que os robôs podem reconstruir o vetor de força com uma precisão média de 0,15N para forças normais, 0,17N para forças de cisalhamento no eixo X e 0,18N para forças de cisalhamento no eixo Y- eixo, dentro da faixa de detecção de 0-2N em todas as direções, e a precisão média da medição do tamanho do objeto de 0,4 mm, dentro da faixa de diâmetro do indentador de teste de 5-12 mm”, explicaram Chen, Yan e seus colegas em seu artigo.

“Os resultados destacam a medição precisa possibilitada pelo design de hardware da estrutura de fibra óptica anisotrópica de duas camadas e PCB flexível e o algoritmo de calibração.”

Em contraste com outros sistemas táteis artificiais desenvolvidos no passado, o sensor de software dos pesquisadores não depende de modelos de inteligência artificial (IA) orientados por dados, que podem ser computacionalmente exigentes e geralmente requerem treinamento significativo. Isso facilita sua implementação em larga escala, já que seu processo de fabricação também é relativamente fácil e de baixo custo.

No futuro, esse novo sensor baseado em polímero pode ser integrado e testado em uma ampla gama de robôs, para validar ainda mais seu desempenho em experimentos do mundo real. Além disso, os pesquisadores planejam melhorar ainda mais seu design, por exemplo, incluindo camadas adicionais de fibra óptica ou organizando-as de maneira diferente para decodificar informações táteis adicionais.

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