En un artículo publicado en la revista Science Robotics, el equipo de ingenieros de la Universidad de Glasgow ha descrito cómo construyó su prototipo de piel electrónica computacional (e-skin) y cómo esta tecnología mejora el estado actual de la robótica sensible al tacto.
Los científicos han estado trabajando durante décadas para construir piel artificial con sensibilidad al tacto. Un método ampliamente explorado es extender una serie de sensores de contacto o presión a través de la superficie de la piel electrónica para permitirle detectar cuándo entra en contacto con un objeto.
Los datos de los sensores se envían a una computadora para ser procesados e interpretados. Los sensores suelen producir un gran volumen de datos que pueden tardar en procesarse y responderse adecuadamente, introduciendo retrasos que podrían reducir la efectividad potencial de la piel en tareas del mundo real.
La nueva forma de piel electrónica del equipo de Glasgow se inspira en cómo el sistema nervioso periférico humano interpreta las señales de la piel para eliminar la latencia y el consumo de energía
La nueva forma de piel electrónica del equipo de Glasgow se inspira en cómo el sistema nervioso periférico humano interpreta las señales de la piel para eliminar la latencia y el consumo de energía.
Tan pronto como la piel humana recibe una entrada, el sistema nervioso periférico comienza a procesarla en el punto de contacto, reduciéndola a solo la información vital antes de que se envíe al cerebro. Esa reducción de datos sensoriales permite el uso eficiente de los canales de comunicación necesarios para enviar los datos al cerebro, que luego responde casi de inmediato para que el cuerpo reaccione adecuadamente.
Para construir una piel electrónica capaz de una respuesta computacionalmente eficiente, similar a la sinapsis, los investigadores imprimieron una cuadrícula de 168 transistores sinápticos hechos de nanocables de óxido de zinc directamente sobre una superficie de plástico flexible. Luego, conectaron el transistor sináptico con el sensor de piel presente sobre la palma de una mano robótica totalmente articulada y con forma humana.
Cuando se toca el sensor, registra un cambio en su resistencia eléctrica: uno pequeño corresponde a un toque ligero, y uno más duro crea un cambio mayor en la resistencia. Esta entrada está diseñada para imitar la forma en que funcionan las neuronas sensoriales en el cuerpo humano.
En las generaciones anteriores de piel electrónica, esos datos de entrada se enviaban a una computadora para ser procesados. En cambio, un circuito integrado en la piel actúa como una sinapsis artificial, reduciendo la entrada a un simple pico de voltaje cuya frecuencia varía según el nivel de presión aplicado a ésta, acelerando el proceso de reacción.
Al establecer un umbral de voltaje de entrada para causar una reacción, el equipo podría hacer que la mano del robot retrocediera ante un golpe afilado en el centro de su palma
El equipo utilizó la salida variable de ese pico de voltaje para enseñar a la piel respuestas apropiadas al dolor simulado, lo que haría que la mano del robot reaccionara. Al establecer un umbral de voltaje de entrada para causar una reacción, el equipo podría hacer que la mano del robot retrocediera ante un golpe afilado en el centro de su palma.
En otras palabras, aprendió a alejarse de una fuente de incomodidad simulada, a través de un proceso de procesamiento de información a bordo que imita cómo funciona el sistema nervioso humano.
El desarrollo de la piel electrónica es el último avance en superficies impresas flexibles y estirables del Grupo de Tecnologías de Detección y Electrónica Flexible (BEST) de la Universidad de Glasgow, dirigido por el profesor Ravinder Dahiya.
El profesor Dahiya, de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad, ha declarado al respecto: "Todos aprendemos temprano en nuestras vidas a responder adecuadamente a estímulos inesperados. como el dolor. para evitar que nos lastimemos de nuevo. Por supuesto, el desarrollo de esta nueva forma de piel electrónica no implicó realmente infligir dolor tal como lo conocemos, es simplemente una forma abreviada de explicar el proceso de aprendizaje del estímulo externo”.
“Éste es un verdadero paso adelante en nuestro trabajo hacia la creación de piel electrónica impresa neuromórfica a gran escala capaz de responder adecuadamente a los estímulos"
Para añadir que "lo que hemos podido crear a través de este proceso es una piel electrónica capaz de distribuir el aprendizaje a nivel de hardware, que no necesita enviar mensajes de ida y vuelta a un procesador central antes de tomar medidas. En cambio, acelera el proceso de respuesta al tacto, al reducir la cantidad de cálculo requerido”.
Asimismo, el profesor Dahiya considera que “éste es un verdadero paso adelante en nuestro trabajo hacia la creación de piel electrónica impresa neuromórfica a gran escala capaz de responder adecuadamente a los estímulos".
Por su parte, Fengyuan Liu, miembro del grupo BEST y coautor del artículo, agregó: "En el futuro, esta investigación podría ser la base para una piel electrónica más avanzada ,que permita a los robots capaces de explorar e interactuar con el mundo de nuevas maneras, o construir prótesis que sean capaces de niveles cercanos humanos de sensibilidad al tacto".
Fuente: Universidad de Glasgow.
