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Una "pelle artificiale" in grafene avvicina i robot a un tocco più umano
Questa tecnologia, sviluppata dai ricercatori dell'Università di Cambridge, si basa su compositi di metallo liquido e grafene, una forma bidimensionale di carbonio. Questa "pelle" consente ai robot di rilevare non solo la forza di pressione esercitata su un oggetto, ma anche la sua direzione, se l'oggetto sta scivolando e persino la ruvidità della sua superficie, con una precisione paragonabile a quella della punta delle dita umane.
Una "pelle artificiale" in grafene avvicina i robot a un tocco più umano. Foto: Andy Kelly/Unsplash
Le dita umane utilizzano diversi tipi di meccanorecettori per percepire simultaneamente pressione, forza, vibrazione e consistenza.
Replicare questo livello di percezione tattile multidimensionale in sistemi artificiali rappresenta una sfida significativa, soprattutto per dispositivi che siano allo stesso tempo piccoli e sufficientemente robusti per l'uso pratico.
La maggior parte dei sensori tattili esistenti è troppo ingombrante, troppo fragile, troppo complessa da produrre o non è in grado di distinguere accuratamente tra forze normali e tangenziali.
Per superare queste limitazioni, il team di ricerca ha sviluppato un materiale composito morbido e flessibile che combina fogli di grafene, microgocce metalliche deformabili e particelle di nichel, il tutto incorporato in una matrice di silicone.
Ispirandosi alle microstrutture della pelle umana, i ricercatori hanno modellato il materiale in minuscole piramidi, alcune delle quali misurano appena 200 micrometri di diametro.
Queste strutture piramidali concentrano lo stress sulle punte, consentendo al sensore di rilevare forze estremamente piccole mantenendo un ampio intervallo di misurazione.
Il risultato è un sensore tattile sufficientemente sensibile da rilevare un granello di sabbia.
Rispetto ai sensori tattili flessibili esistenti, questo nuovo dispositivo migliora sia le dimensioni che i limiti di rilevamento di un ordine di grandezza.
Il sensore è anche in grado di distinguere le forze di taglio dalla pressione normale, consentendogli di rilevare l'inizio dello slittamento di un oggetto.
Misurando i segnali provenienti da quattro elettrodi situati sotto ogni piramide, il sensore può ricostruire matematicamente il vettore di forza tridimensionale completo in tempo reale.
Nelle dimostrazioni, il team ha integrato i sensori in pinze robotiche.
I robot sono stati in grado di afferrare oggetti fragili, come sottili tubi di carta, senza schiacciarli.
A differenza dei sensori di forza convenzionali, che si basano su informazioni precedenti sulle proprietà dell'oggetto, il nuovo sistema si adatta in tempo reale rilevando lo slittamento.
A scale ancora più piccole, array di microsensori potrebbero identificare la massa, la geometria e la densità del materiale in minuscole sfere metalliche analizzando l'intensità e la direzione della forza.
Ciò apre le porte ad applicazioni nella chirurgia mininvasiva e nella microrobotica, campi in cui i sensori di forza convenzionali sono decisamente troppo ingombranti.
Oltre alla robotica, questa tecnologia potrebbe avere importanti implicazioni per le protesi.
Gli arti artificiali avanzati si affidano sempre più al feedback tattile per fornire agli utenti il senso del tatto.
Sensori di forza 3D miniaturizzati e ultrasensibili consentirebbero interazioni più naturali con gli oggetti, migliorando così il controllo, la sicurezza e la fiducia dell'utente.
In futuro, i ricercatori ritengono che questi sensori potrebbero essere ulteriormente miniaturizzati, potenzialmente fino a meno di 50 micrometri, raggiungendo una densità paragonabile a quella dei meccanorecettori della pelle umana.
Le versioni future potrebbero anche incorporare il rilevamento della temperatura e dell'umidità, avvicinandosi a una pelle artificiale completamente multimodale.
Con il progressivo passaggio dei robot dagli ambienti controllati delle fabbriche alle case, agli ospedali e alle imprevedibili situazioni del mondo reale, tali progressi nel senso del tatto potrebbero essere rivoluzionari, consentendo alle macchine non solo di vedere e agire, ma anche di provare realmente sensazioni.
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