I robot possono provare dolore? Una pelle sviluppata per avvicinarli al tocco umano

Una pelle robotica rivoluzionaria avvicina le macchine al tatto umano, poiché è in grado di rilevare la pressione, la temperatura, il dolore e persino di distinguere più punti di contatto contemporaneamente.

Realizzata in un materiale gel flessibile ed economico, questa pelle trasforma l'intera superficie di una mano robotica in un sensore sensibile e intelligente , a differenza delle tradizionali pelli robotiche che si basano su una combinazione di sensori diversi.

Inoltre, come riporta Cambridge, può essere aggiunto alle mani robotiche come un guanto, consentendo ai robot di rilevare informazioni sull'ambiente circostante in modo simile agli esseri umani.

I ricercatori dell'Università di Cambridge e dell'University College di Londra (UCL) hanno sviluppato questa pelle flessibile e conduttiva, facile da produrre e che può essere fusa e modellata in un'ampia gamma di forme complesse. Questa tecnologia rileva ed elabora diversi segnali fisici, consentendo ai robot di interagire con il mondo fisico in modi più significativi.

A differenza di altre soluzioni robotiche tattili, che in genere funzionano tramite sensori inseriti in piccole aree e richiedono sensori diversi per rilevare diversi tipi di tocco, la pelle elettronica sviluppata dai ricercatori di Cambridge e UCL è interamente un sensore , il che la avvicina al nostro sistema sensoriale: la nostra pelle.

Sebbene la pelle robotica non sia sensibile quanto quella umana, può rilevare segnali provenienti da oltre 860.000 minuscoli percorsi nel materiale , il che le consente di riconoscere diversi tipi di tocco e pressione, come il tocco di un dito, una superficie calda o fredda, danni da tagli o punture o il contatto simultaneo di più punti sullo stesso materiale.

I ricercatori hanno combinato test fisici e tecniche di apprendimento automatico per aiutare la pelle robotica a "imparare" quali di questi percorsi sono più importanti, in modo da poter rilevare diversi tipi di contatto in modo più efficiente.

Oltre alle potenziali applicazioni future per robot umanoidi o protesi umane in cui il senso del tatto è fondamentale, i ricercatori affermano che la pelle robotica potrebbe essere utile in settori diversi come l'automotive e gli interventi di soccorso in caso di calamità. I ​​risultati sono pubblicati sulla rivista Science Robotics .

Le pelli elettroniche funzionano convertendo informazioni fisiche, come la pressione o la temperatura, in segnali elettronici. Nella maggior parte dei casi, sono necessari diversi tipi di sensori per diversi tipi di tocco – uno per rilevare la pressione, un altro per la temperatura, ecc. – che vengono poi integrati in materiali morbidi e flessibili. Tuttavia, i segnali provenienti da questi sensori possono interferire tra loro e i materiali si danneggiano facilmente.

"Avere sensori diversi per diversi tipi di tocco comporta materiali complessi da produrre", ha affermato l'autore principale, il Dott. David Hardman del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge. "Volevamo sviluppare una soluzione in grado di rilevare più tipi di tocco contemporaneamente, ma con un unico materiale."

"Allo stesso tempo, abbiamo bisogno di qualcosa di poco costoso e durevole, adatto a un uso diffuso", ha spiegato il coautore, il dott. Thomas George Thuruthel dell'UCL.

La loro soluzione utilizza un tipo di sensore che reagisce in modo diverso a diversi tipi di tocco, noto come rilevamento multimodale . Sebbene sia difficile identificare la causa di ciascun segnale, i materiali di rilevamento multimodale sono più facili da produrre e più robusti.

I ricercatori hanno creato un idrogel gelatinoso morbido, elastico ed elettricamente conduttivo e lo hanno modellato nella forma di una mano umana. Hanno testato diverse configurazioni di elettrodi per determinare quale fornisse le informazioni più utili sui diversi tipi di tatto. Con soli 32 elettrodi posizionati sul polso, sono stati in grado di raccogliere oltre 1,7 milioni di punti dati dall'intera mano, grazie ai minuscoli percorsi nel materiale conduttivo.

La pelle è stata poi testata utilizzando diversi tipi di tocco: i ricercatori l'hanno sottoposta a una pistola termica, l'hanno premuta con le dita e un braccio robotico, l'hanno toccata delicatamente con le dita e l'hanno persino forata con un bisturi. Il team ha utilizzato i dati raccolti durante questi test per addestrare un modello di apprendimento automatico che avrebbe permesso alla mano di riconoscere il significato di diversi tipi di tocco .

"Possiamo estrarre un'enorme quantità di informazioni da questi materiali; possono effettuare migliaia di misurazioni molto rapidamente", ha affermato Hardman, ricercatore post-dottorato nel laboratorio del professor Fumiya Iida e coautore dello studio. "Misurano molti elementi diversi contemporaneamente, su una vasta area."

"Non abbiamo ancora raggiunto il livello in cui la pelle robotica sia valida quanto quella umana, ma crediamo che sia migliore di qualsiasi cosa attualmente disponibile", ha affermato Thuruthel. "Il nostro metodo è flessibile e più facile da realizzare rispetto ai sensori tradizionali, e possiamo calibrarlo utilizzando il tocco umano per una varietà di compiti."

In futuro, i ricercatori sperano di migliorare la durabilità della pelle elettronica e di condurre ulteriori test su attività robotiche reali.