Um sensor tátil miniaturizado baseado em visão baseado em feixes de fibra óptica

Pesquisadores da Meta AI, da Universidade de Stanford, da Technische, da Universität Dresden e do Centro Alemão de Pesquisa do Câncer (DFKZ) desenvolveram recentemente o DIGIT Pinki, um sensor em miniatura que pode detectar informações táteis. Este sensor, apresentado em um artigo postado no servidor de pré-impressão arXivpoderia ser integrado em novas tecnologias médicas e sistemas robóticos.

“Este artigo começou com um estágio de pesquisa na Meta AI com Roberto Calandra e Mike Lambeta, mas acabou se transformando em uma colaboração de pesquisa entre a Meta, a Universidade de Stanford, a Technische Universität Dresden e o Centro Alemão de Pesquisa do Câncer (DFKZ)”, Julia Di, co. -autor do artigo, disse ao Tech Xplore.

“Estamos interessados ​​​​principalmente na ciência da digitalização do toque para robôs. Com o DIGIT Pinki, queríamos investigar como construir sensores que tivessem capacidades de toque semelhantes às dos humanos, mas no formato de um dedo humano.”

DIGIT Pinki, o sensor criado por Di e seus colegas, baseia-se em designs de sensores táteis introduzidos nos últimos anos, como os sensores DIGIT e OmniTact. Para criar o seu dispositivo, no entanto, Di e os seus colegas também revisitaram ideias de design mais antigas introduzidas na década de 1980, incluindo aquelas delineadas num artigo seminal de S. Begej.

“DIGIT Pinki é um tipo de sensor tátil baseado na visão que usa imagens de uma câmera em miniatura para obter a sensação do tato”, explicou Di. “Normalmente, esses tipos de sensores são feitos de uma ponta de dedo de gel opticamente transparente. Quando essas pontas de dedos de gel tocam um objeto ou ambiente, uma câmera interna com luzes irá capturar imagens das deformações resultantes no gel.”

Os pesquisadores treinaram um algoritmo de aprendizado de máquina nas deformações do gel do sensor, produzidas quando o sensor entra em contato com um objeto. O algoritmo treinado pode aprender com precisão informações táteis, como as forças de contato com um objeto, a partir dos dados de imagem coletados pelo sensor. Essas informações táteis poderiam então ser usadas por um robô ou dispositivo para completar tarefas de manipulação.

“Nossa inovação foi encolher os sensores usando feixes de fibra óptica para retransmitir a imagem para uma câmera localizada remotamente, semelhante à forma como os primeiros endoscópios usavam feixes de fibra óptica para imagens”, disse Di. “Ao afastar os componentes eletrônicos da ponta do dedo em gel, poderíamos encolher substancialmente a ponta do dedo em gel. Um benefício desse design é que a ponta do dedo em gel não é magnética e não contém componentes eletrônicos, uma vantagem para qualquer tarefa em aplicações médicas, como dentro do corpo ou em uma máquina de ressonância magnética.”

O trabalho recente desta equipe de pesquisadores demonstra a viabilidade de miniaturizar sensores táteis baseados na visão usando feixes de fibra óptica. Seguindo o projeto proposto, Di e seus colegas criaram um protótipo de sensor com diâmetro de ponta de 15 milímetros, que é aproximadamente o tamanho médio da ponta do dedo indicador de uma mulher ou o tamanho dos 5% inferiores de um dedo indicador masculino.

Notavelmente, esta ponta do dedo artificial é feita de silicone e não contém componentes eletrônicos ou magnéticos sensíveis. Isto significa que poderia ser introduzido com segurança no corpo humano e, portanto, ser atraente para aplicações médicas.

“Uma aplicação no mundo real para um sensor fino e sensível é o diagnóstico de câncer em espaços restritos – por exemplo, palpação digital em exames retais ou cervicais de rotina”, explicou Di. “Como os nódulos cancerígenos são um pouco mais rígidos do que o tecido saudável, os médicos podem sentir crescimentos cancerígenos com as pontas dos dedos como método de diagnóstico.

“No artigo, apresentamos resultados preliminares mostrando DIGIT Pinki discriminando entre tecido saudável e não saudável em simuladores de grau médico (simulações de tecido real) e tecido posterior da próstata ex vivo (a parte da próstata que seria sentida durante um exame clínico). ).”

Os resultados dos testes preliminares da equipe sugerem que o DIGIT Pinki poderia ser usado para desenvolver novas tecnologias médicas, incluindo dispositivos que podem detectar anormalidades nos tecidos dentro do corpo humano. Além disso, o sensor poderia ser usado para desenvolver novos sistemas robóticos, como pontas de dedos artificiais finas e sensíveis que permitem aos robôs manipular objetos com maior destreza e até usar tesouras ou outras ferramentas que exijam a aplicação de forças controladas em um local restrito.

“No futuro imediato, estamos trabalhando na extensão desta tecnologia para outras aplicações médicas, por exemplo, para palpar o colo do útero”, acrescentou Di. “Seria emocionante ter esses tipos de pontas dos dedos altamente sensíveis também em mãos protéticas. Também estamos interessados ​​em descobrir como usar a inteligência artificial para interpretar sinais de toque para manipulação.”

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