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Tecnología óptica da a prótesis un sentido del tacto más humano

Nuevas prótesis tendrían tacto más humano
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14/12/2016 - 01:09

"Suave" y "delicado" son dos palabras que no suelen usarse para describir el agarre de un robot, pero gracias al trabajo de un equipo de investigadores en la Universidad de Cornell, los futuros androides podrían tener un tacto especialmente sutil.

Utilizando detectores ópticos extra sensibles incorporados en una mano protésica suave, los investigadores han demostrado un prototipo que es capaz de decir por el tacto si una fruta está madura, o modificar la presión ejercida sobre un material simplemente en respuesta a la forma en que se siente.

El prototipo utilizó una combinación de LEDs y fotosensores incorporados en tubos flexibles (conocidos como guías de ondas ópticas elastoméricas) que utilizó como detectores de curvatura, alargamiento y fuerza.

Estos fueron incorporados en una mano elástica, suave y artificial, lo que permite a los investigadores en el Laboratorio de Robótica Orgánica en Cornell utilizar estos dispositivos para registrar electrónicamente una amplia gama de retroalimentación y controlar la mano en consecuencia.

"La mayoría de los robots de hoy tienen sensores en el exterior del cuerpo que detectan cosas de la superficie", dijo el estudiante de doctorado de Cornell, Huichan Zhao. "Nuestros sensores están integrados dentro del cuerpo, por lo que realmente pueden detectar las fuerzas que se transmiten a través del espesor del robot, como nosotros y todos los organismos cuando sentimos dolor, por ejemplo".

La creación de la mano artificial se basó en una técnica de fabricación 3D que Cornell ha empleado con éxito en la fabricación de otras partes del cuerpo artificiales.

¿Son posibles los robots con sentimientos humanos?

En esta ocasión, se añadió un proceso de litografía suave de cuatro etapas para crear el núcleo a través del cual se propaga la luz de un LED, el revestimiento conformando la carcasa exterior de esta guía de ondas, junto con una cubierta para el fotodiodo que detecta la luz que brilla a través del núcleo.

Cuando se ensambla, es esta combinación de un LED que brilla sobre un fotodiodo la que registra la reducción o aumento de la luz cuando el tubo a través del cual se desplaza está doblado.

Esto es gracias a un fenómeno conocido como anisotropía, donde la diferencia en la fuerza de reflexión de la luz entre la luz reflejada en la sección superior atómicamente lisa de la guía de ondas y en la sección inferior atómicamente rugosa indica la posición hacia arriba y hacia abajo del sensor.

Cada dedo de la mano protésica cuenta con tres de estos sensores elastoméricos de guías de ondas ópticas, cada uno con un método ligeramente diferente para detectar varios tipos de entrada y proporcionando retroalimentación apropiada en respuesta.

Sensores ópticos
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"Si no se perdió luz al doblar la prótesis, no obtendríamos ninguna información sobre el estado del sensor", dijo el profesor asistente y líder del laboratorio de robótica orgánica en Cornell, Robert Shepherd. "La cantidad de la pérdida depende de cómo está doblado."

Fabricados principalmente a partir de una gama de elastómeros de silicona y poliuretano, junto con algunos hidrogeles resistentes inspirados en calamares, los cuatro dedos y el pulgar son accionados neumáticamente y montados en una palma rígida impresa en 3D.

Los investigadores utilizaron la mano para llevar a cabo una serie de tareas, como sujetar un objeto con una cantidad adecuada de presión y sentir un objeto para determinar la forma y la textura.

Tareas con mano robótica

En una hazaña particularmente impresionante, la prótesis utilizó una técnica de escaneado lateral y reconstrucción de forma para determinar la forma y localización de tres tomates y luego determinar, por suavidad, el tomate más maduro de los tres.

Aunque la investigación todavía está en una etapa temprana de desarrollo, el equipo cree que con mejoras adicionales la mano protésica puede ser un reemplazo artificial adecuado para personas que hayan perdido una mano, o un manipulador particularmente sensible y suave para futuros robots de cuerpo blando en contacto cercano con seres humanos.

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