Sistema de sensor único responde 1, 000 vezes mais rápido do que o sentido humano do tato, o mais rápido já alcançado para um e-skin

Robôs e dispositivos protéticos podem em breve ter uma sensação de toque equivalente a, ou melhor do que, a pele humana com a Pele Eletrônica Codificada Assíncrona (ACES), um sistema nervoso artificial desenvolvido por uma equipe de pesquisadores da National University of Singapore (NUS).

O novo sistema eletrônico de pele alcançou capacidade de resposta ultra-alta e robustez a danos, e pode ser emparelhado com qualquer tipo de camada de sensor para funcionar efetivamente como um revestimento eletrônico.

A inovação, alcançado pelo Professor Assistente Benjamin Tee e sua equipe do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Faculdade de Engenharia da NUS, foi relatado pela primeira vez em um jornal científico de prestígio Ciência Robótica em 18 de julho de 2019.

Mais rápido que o sistema nervoso sensorial humano

"Os humanos usam nosso sentido do tato para realizar quase todas as tarefas diárias, como pegar uma xícara de café ou fazer um aperto de mão. Sem isso, até mesmo perderemos nosso senso de equilíbrio ao caminhar. De forma similar, robôs precisam ter tato para interagir melhor com os humanos, mas os robôs de hoje ainda não conseguem sentir objetos muito bem, "explicou Asst Prof Tee, que tem trabalhado em tecnologias eletrônicas de pele por mais de uma década na esperança de dar a robôs e dispositivos protéticos um melhor senso de toque.

Inspirando-se no sistema nervoso sensorial humano, a equipe da NUS passou um ano e meio desenvolvendo um sistema de sensores que poderia ter um desempenho melhor. Enquanto o sistema nervoso eletrônico ACES detecta sinais como o sistema nervoso sensor humano, é composto por uma rede de sensores conectados por meio de um único condutor elétrico, ao contrário dos feixes nervosos da pele humana. Também é diferente das capas eletrônicas existentes, que têm sistemas de fiação interligados que podem torná-las sensíveis a danos e difíceis de aumentar.

Elaborando a inspiração, Professor Assistente Tee, que também tem cargos no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da NUS, Instituto NUS para Inovação e Tecnologia em Saúde (iHealthTech), N.1 Institute for Health and the Hybrid Integrated Flexible Electronic Systems (HiFES), disse, "O sistema nervoso sensorial humano é extremamente eficiente, e funciona o tempo todo, a ponto de frequentemente considerá-lo um dado adquirido. Também é muito resistente a danos. Nosso sentido de toque, por exemplo, não é afetado quando sofremos um corte. Se pudermos imitar como nosso sistema biológico funciona e torná-lo ainda melhor, podemos trazer avanços tremendos no campo da robótica, onde as peles eletrônicas são predominantemente aplicadas. "

O ACES pode detectar toques em mais de 1, 000 vezes mais rápido que o sistema nervoso sensorial humano. Por exemplo, é capaz de diferenciar contatos físicos entre diferentes sensores em menos de 60 nanossegundos - o mais rápido já alcançado para uma tecnologia de pele eletrônica - mesmo com um grande número de sensores. A pele habilitada para ACES também pode identificar com precisão a forma, textura e dureza de objetos em 10 milissegundos, dez vezes mais rápido do que um piscar de olhos. Isso é possibilitado pela alta fidelidade e velocidade de captura do sistema ACES.

A plataforma ACES também pode ser projetada para alcançar alta robustez a danos físicos, uma propriedade importante para peles eletrônicas porque entram em contato físico frequente com o ambiente. Ao contrário do sistema atual usado para interconectar sensores em skins eletrônicos existentes, todos os sensores no ACES podem ser conectados a um condutor elétrico comum com cada sensor operando de forma independente. Isso permite que as capas eletrônicas habilitadas para ACES continuem funcionando, desde que haja uma conexão entre o sensor e o condutor, tornando-os menos vulneráveis ​​a danos.

Skins eletrônicos inteligentes para robôs e próteses

O sistema de fiação simples e a capacidade de resposta notável do ACES, mesmo com o aumento do número de sensores, são características-chave que facilitarão a ampliação de skins eletrônicos inteligentes para aplicações de inteligência artificial (IA) em robôs, dispositivos protéticos e outras interfaces homem-máquina.

"A escalabilidade é uma consideração crítica, pois grandes pedaços de películas eletrônicas de alto desempenho são necessários para cobrir as áreas de superfície relativamente grandes de robôs e dispositivos protéticos, "explicou o professor assistente Tee." O ACES pode ser facilmente emparelhado com qualquer tipo de camada de sensor de pele, por exemplo, aqueles projetados para detectar temperaturas e umidade, para criar um skin eletrônico habilitado para ACES de alto desempenho com um sentido de toque excepcional que pode ser usado para uma ampla gama de finalidades, " ele adicionou.

Por exemplo, emparelhar o ACES com o transparente, camada de pele com sensor de autocura e resistente à água também desenvolvida recentemente pela equipe do Asst Prof Tee, cria uma capa eletrônica que pode se auto-reparar, como a pele humana. Esse tipo de pele eletrônica pode ser usado para desenvolver próteses mais realistas que ajudarão as pessoas com deficiência a restaurar o sentido do tato.

Outras aplicações potenciais incluem o desenvolvimento de robôs mais inteligentes que podem executar tarefas de recuperação de desastres ou assumir operações rotineiras, como embalagem de itens em depósitos. A equipe da NUS está, portanto, procurando aplicar ainda mais a plataforma ACES em robôs e dispositivos protéticos avançados na próxima fase de suas pesquisas.