Investigadores de la Universidad Northwestern y la Universidad de Tel Aviv de Israel han superado una barrera importante para lograr una solución de bajo costo para el toque robótico avanzado. Los autores argumentan que el problema que ha estado al acecho en los márgenes de muchos papeles sobre los sensores táctiles radica en la piel robótica misma.
En el estudio, se observó que los compuestos de goma de silicio de bajo costo utilizados para hacer piel albergaron una capa aislante en las superficies superior e inferior, lo que evitó el contacto eléctrico directo entre el polímero de detección y los electrodos de la superficie de monitoreo, lo que hace que las mediciones precisas y repetibles prácticamente imposibles. Con el error eliminado, las pieles robóticas baratas podrían permitir que los robots imiten el tacto humano, lo que les permite sentir las curvas y los bordes de un objeto, necesarios para comprenderlo correctamente.
En un artículo publicado en la revista Materiales electrónicos avanzadosun equipo interdisciplinario de investigadores que combina a los ingenieros eléctricos con los científicos de materiales de polímeros arrojan luz sobre este problema y proporciona un camino a seguir con pasos prácticos para validar los contactos eléctricos, que, sin saberlo, podrían oscurecer el rendimiento del dispositivo, según Matthew Grayson de Northwestern, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería McCormick de McCormick.
“Muchos científicos malinterpretan su respuesta del sensor porque agrupan el comportamiento de los contactos con el comportamiento del materials del sensor, lo que resulta en datos inconsistentes”, dijo Grayson. “Resulta que, si no es consciente de este problema, puede publicar documentos que nadie puede reproducir. Nuestro trabajo identifica el problema exacto, cuantifica su extensión tanto microscópica como eléctricamente, y proporciona un handbook de problemas de solución a paso claro para solucionar el problema”.
El caucho que se puede usar para la piel robótica típica, llamada elastómero, es versatile, liviano y económico, y cuando se realizan rellenos eléctricamente como nanotubos de carbono a la mezcla, el compuesto resultante se convierte en un candidato superb para un sensor táctil, cuya resistencia cambia localmente cuando se presiona. Pero para recibir señales eléctricas, los sensores deben ser contactados eléctricamente, y los investigadores detectaron una capa aislante delgada siempre presente en tales compuestos que podrían cambiar drásticamente el comportamiento de los contactos. Simplemente lijando por la capa de aislamiento ultrafina, el equipo pudo lograr un contacto eléctrico mucho más fuerte y calibrar el grosor de la capa aislante tanto eléctrica como microscópicamente.
“Todas las cosas interesantes suceden en la interfaz”, dijo el coautor y profesor en la Universidad de Tel Aviv, Noa Lachman. “Esta publicación no solo muestra la importancia de las interfaces de los sensores, sino también la importancia de trabajar en el nexo entre dos disciplinas diferentes: ciencia de los materiales e ingeniería eléctrica. Los expertos en materiales sospechan la presencia de esta capa externa aislante en los compuestos de polímeros conductores durante años, pero no podían entender sus efectos eléctricos. Cada uno de nosotros tiene una pieza de rompecabezas, pero solo juntos podemos obtener toda la imagen”.
La robótica en specific puede ser complicado en parte porque requiere muchos tipos de experiencia. El científico de materiales de polímeros que diseña el materials electrónico funcional para un robotic, por ejemplo, no tiene la misma capacitación y habilidades que el ingeniero eléctrico cuya electrónica procesará las señales del sensor. Grayson dijo que el desafío de “preparación de contacto” fue precisamente donde comenzó la conversación sobre esta investigación.
“Es por eso que nuestra colaboración con Tel Aviv es esencial: conocen la ciencia de los materiales que no sabemos”, dijo Grayson. “Confiamos en ellos para preparar los materiales que estamos estudiando, luego tomamos y estudiamos el materials antes de dar la vuelta para ayudar a los científicos de materiales de Tel Aviv a caracterizar mejor sus materiales”.
Producir nuevos materiales, y luego reproducirlos, requiere consistencia en muchas variables diferentes que a menudo son difíciles o incluso imposibles de controlar. Al exponer la cuestión de la reproducibilidad en gran parte de la literatura sobre detección táctil, Grayson desafía a la comunidad de investigación a mantener un estándar más alto con la verificación de calidad descrita en el documento. A medida que se extiende la conciencia de este problema entre los investigadores, se pueden confiar más rigurosamente en las nuevas publicaciones para avanzar en el campo con nuevas capacidades.
El documento fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF ECCS-1912694, NSF DMR-1720139), Northwestern a través del Fondo Familia Crown, Leslie y Mac McQuown, Universidad de Tel Aviv a través del Centro de Nanosciencia y Nanotecnología, y la Fundación de Ciencias Binacional de Israel US-ISRA (BSF Grant Número 2018733). El apoyo de publicación adicional provino del Proyecto de Innovación de Israel del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de Northwestern y Northwestern.
