Pesquisadores da Universidade de Chongqing, na China, desenvolveram recentemente um sensor auditivo triboelétrico (TAS) autoalimentado que poderia ser usado para construir sistemas auditivos eletrônicos para aparelhos auditivos externos em aplicações de robótica inteligente. Seu estudo recente, publicado em Ciência Robótica , poderia informar a criação de uma nova geração de sistemas auditivos, abordando alguns dos principais desafios no campo da robótica social.

O sistema auditivo é o meio de comunicação mais direto e eficaz entre seres humanos e robôs. Idealmente, os sistemas auditivos robóticos devem permitir que os robôs ouçam as instruções humanas enquanto percebem suas entonações vocais, para responder em conformidade.

Um dos principais objetivos da robótica social é, portanto, projetar sensores auditivos que sejam poderosos e sensíveis em uma ampla faixa de frequência. Esses aplicativos também podem beneficiar 10 por cento da população global que tem deficiência auditiva.

"Normalmente, pessoas com deficiência auditiva sempre perdem uma ou várias regiões de frequência específicas, "Os pesquisadores que realizaram o estudo disseram ao Tech Xplore." O objetivo dos aparelhos auditivos externos é amplificar as regiões específicas do som prejudicado para o nível audível dessas pessoas. Portanto, o uso de sensores auditivos com seletividade de frequência como aparelhos auditivos para a recuperação da audição prejudicada aumentaria as interações sociais entre humanos e robôs. "

Um desafio adicional no campo da robótica está relacionado à potência e à energia. Para projetar com sucesso sensores auditivos com resposta de frequência de banda larga e seletividade de frequência, pesquisadores devem usar sensores acústicos tradicionais com circuitos precisos de processamento de sinal, que aumentam o consumo de energia e reduzem o tempo de trabalho.

"A forma convencional de construir sensores acústicos autoalimentados é baseada no efeito piezoelétrico e na arquitetura do dispositivo trapezoidal, "os pesquisadores explicaram." No entanto, Os sensores piezoelétricos têm um sinal de saída bastante baixo e uma região de resposta de frequência relativamente alta em comparação com a faixa de frequência da voz humana. Além disso, os canais multissinais, o complicado processo de fabricação e os materiais piezoelétricos melhoram substancialmente seus custos. "

Para resolver esses problemas, os pesquisadores projetaram um tipo circular, canal único, e sensor auditivo autoalimentado (TAS) que é fácil de fabricar, baseado em tecnologia de nanogerador triboelétrico. Nanogeradores são um tipo de tecnologia que converte energia mecânica e térmica em eletricidade.

Existem três tipos principais de nanogeradores:piezoelétricos, triboelétrico e piroelétrico. Os geradores piezoelétricos e triboelétricos coletam energia mecânica para criar eletricidade, mas enquanto os primeiros fazem isso por meio de um material piezoelétrico nanoestruturado, os triboelétricos o alcançam por meio de uma conjunção dos efeitos de triboeletrificação e indução eletrostática.

"Os destaques do nosso dispositivo TAS são as propriedades de detecção com alimentação própria e espectro adaptável, "explicaram os pesquisadores." O TAS tem uma membrana vibratória coberta com uma camada condutora e uma camada condutora inferior coberta com uma camada de tribo-material. Quando sob onda acústica, a vibração da membrana causa contato entre a membrana e o tribo-material, criando distribuição de carga. Devido ao efeito de indução eletrostática, a vibração geraria saída de sinal através de duas camadas condutoras. Para cada membrana fixa, haveria um caráter de vibração específico. Devido à estrutura simples do TAS, podemos projetar a condição de contorno da membrana para realizar o espectro personalizável de que precisamos. "

Quando testado, o sensor desenvolvido pelos pesquisadores produziu um sinal de alta saída, resposta de frequência de banda da placa, e propriedade de seletividade de frequência na faixa da voz humana. Seu sensor também é relativamente fácil de construir e fornece um espectro personalizável em um dispositivo de canal único.
"O sinal de alta saída e o canal único podem reduzir bastante o processamento do sinal, reduzindo assim o consumo de energia, "disseram os pesquisadores." Os materiais usados ​​e sua fácil fabricação aumentam a viabilidade de projetar sistemas auditivos transparentes e uma ampla gama de outros dispositivos. Acreditamos que esta técnica poderia fornecer um sistema auditivo econômico e com baixo consumo de energia para aplicações de robótica e aparelhos auditivos. "

O trabalho desta equipe de pesquisadores destaca o potencial considerável da tecnologia de nanogeradores triboelétricos para enfrentar os desafios no campo da robótica social e construir aparelhos auditivos mais eficazes. Eles agora estão planejando o desenvolvimento de novos sensores para uma variedade de interações entre humanos e robôs, enquanto empurra sua tecnologia desenvolvida recentemente para a industrialização.

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