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La piel artificial de inspiración biológica mejora la capacidad sensorial de los robots.
Courtesy by UTM Technology University of Munich: La piel sintética sensible permite a los robots detectar sus propios cuerpos y alrededores, una capacidad crucial si quieren estar en contacto cercano con las personas. Inspirado en la piel humana, un equipo de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha desarrollado un sistema que combina la piel artificial con algoritmos de control y lo utilizó para crear el primer robot humanoide autónomo con piel artificial de cuerpo completo.
La piel artificial desarrollada por el profesor Gordon Cheng y su equipo consiste en células hexagonales del tamaño de una moneda de dos euros (es decir, aproximadamente una pulgada de diámetro). Cada uno está equipado con un microprocesador y sensores para detectar contacto, aceleración, proximidad y temperatura. Dicha piel artificial permite a los robots percibir su entorno con mucho mayor detalle y con más sensibilidad. Esto no solo les ayuda a moverse con seguridad. También los hace más seguros cuando operan cerca de personas y les da la capacidad de anticipar y evitar activamente accidentes.
Las células de la piel fueron desarrolladas hace unos 10 años por Gordon Cheng, profesor de sistemas cognitivos en TUM. Pero esta invención solo reveló todo su potencial cuando se integró en un sistema sofisticado como se describe en el último número de la revista “Proceedings of the IEEE”
Más capacidad informática a través del enfoque basado en eventos
El mayor obstáculo en el desarrollo de la piel del robot siempre ha sido la capacidad informática. La piel humana tiene alrededor de 5 millones de receptores. Los esfuerzos para implementar el procesamiento continuo de datos de los sensores en la piel artificial pronto se topan con los límites. Los sistemas anteriores se sobrecargaron rápidamente con datos de unos pocos cientos de sensores.
Para superar este problema, utilizando un enfoque de Neuroingeniería, Gordon Cheng y su equipo no monitorean las células de la piel continuamente, sino con un sistema basado en eventos. Esto reduce el esfuerzo de procesamiento hasta en un 90 por ciento. El truco: las celdas individuales transmiten información de sus sensores solo cuando se cambian los valores. Esto es similar a la forma en que funciona el sistema nervioso humano. Por ejemplo, sentimos un sombrero cuando nos lo ponemos por primera vez, pero rápidamente nos acostumbramos a la sensación. No hay necesidad de volver a notar el sombrero hasta que el viento nos lo quite de la cabeza. Esto permite que nuestro sistema nervioso se concentre en nuevas impresiones que requieren una respuesta física.
Seguridad incluso en caso de contacto corporal cercano.
Con el enfoque basado en eventos, el profesor Cheng y su equipo ahora han logrado aplicar piel artificial a un robot autónomo de tamaño humano que no depende de ningún cálculo externo. El robot H-1 está equipado con 1260 células (con más de 13000 sensores) en la parte superior del cuerpo, brazos, piernas e incluso las plantas de los pies. Esto le da una nueva “sensación corporal”. Por ejemplo, con sus pies sensibles, H-1 puede responder a superficies irregulares del piso e incluso equilibrarse en una pierna.
Con su piel especial, el H-1 puede incluso abrazar a una persona de manera segura. Eso es menos trivial de lo que parece: los robots pueden ejercer fuerzas que dañarían gravemente a un ser humano. Durante un abrazo, dos cuerpos se tocan en muchos lugares diferentes. El robot debe usar esta información compleja para calcular los movimientos correctos y ejercer las presiones de contacto correctas. “Esto podría no ser tan importante en aplicaciones industriales, pero en áreas como el cuidado de enfermería, los robots deben estar diseñados para un contacto muy cercano con las personas”, explica Gordon Cheng.
Versátil y robusto
El sistema de máscara de robot de Gordon Cheng también es muy robusto y versátil. Debido a que la piel consiste en células y no en una sola pieza de material, permanece funcional incluso si algunas células dejan de funcionar. “Nuestro sistema está diseñado para funcionar sin problemas y rápidamente con todo tipo de robots”, dice Gordon Cheng. “Ahora estamos trabajando para crear células cutáneas más pequeñas con el potencial de producirse en grandes cantidades”.
Publicaciones:
Cheng, E. Dean-Leon, F. Bergner, J. Rogelio Guadarrama Olvera, Q. Leboutet y P. Mittendorfer, “Una realización integral de la piel del robot: sensores, sensores, control y aplicaciones”. Actas del IEEE (2019). DOI: 10.1109 / JPROC.2019.2933348
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