Difusión del conocimiento de las ciencias médicas

15/07/2022

Robótica + I.A.- ¨Piel electrónica sensible¨

Por Redacción DOCMED.

. Lectura de 5 minutos

Un equipo de investigadores de la Universidad de Glasgow ha creado una piel electrónica capaz de percibir estímulos a gran velocidad.

Han conseguido que una mano robótica reaccione apartándose tras recibir un pinchazo más allá de cierto umbral de dolor.

 El hallazgo abre nuevas vías para la robótica y para la industria de fabricación de prótesis.

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Glasgow, en Escocia, ha distribuido un video en el que se puede ver a una máquina sentir dolor, o al menos, sentir algo interpretable como dolor.

En la grabación se observa cómo una mano robótica  que está revestida con una piel electrónica conectada a pequeños transmisores, que hacen las veces de nervios humanos, primero recibe en la palma la presión de un instrumento metálico punzante.

Cuando el investigador, después de haber apartado el instrumento, repite la acción, la mano robótica se aparta.

Los investigadores involucrados en el proyecto hablan de la posibilidad de desarrollar una nueva generación de robots inteligentes con una sensibilidad dérmica parecida a los humanos.

Los avances a este respecto se han publicado en la revista Science Robotics en un artículo titulado Printed Synaptic Transistors based Electronic Skin for Robots to Feel and Learn (Piel electrónica basada en transistores sinápticos impresos que permite que los robots sientan y aprendan).

Es una investigación que ha sido financiada por el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas. Institución británica que proporciona fondos para avanzar en áreas como la ingeniería o las ciencias físicas (EPSRC, por sus siglas en inglés).

El equipo de ingenieros de la Universidad de Glasgow ha conseguido desarrollar  una piel artificial con un nuevo tipo de sistema de procesamiento basado en «transistores sinápticos».

Estos imitan las  vías neuronales que usa el cerebro para aprender, lo que explica que la mano robótica que lleva encima esta piel electrónica no quiera recibir un segundo pinchazo una vez ha aprendido del primero.

El gesto del robot es el resultado de décadas de investigación en pieles artificiales sensibles al tacto.

Uno de los métodos más utilizados para desarrollar este tipo de tecnología consistía en distribuir una serie de sensores de contacto por la superficie de la piel electrónica para que esta pudiera detectar el  contacto con un objeto.

Los datos de los sensores se enviaban a un ordenador donde eran procesados e interpretados. Igualmente, este tipo de sistemas suelen tener un problema: una gran cantidad de sensores produce una gran cantidad de información, lo que dificulta que la misma pueda ser procesada a la velocidad adecuada.

La nueva forma de piel electrónica del equipo de Glasgow se inspira en la forma en que el sistema nervioso periférico humano interpreta las señales de la piel para eliminar esta latencia y este innecesario consumo de energía.

Se han inspirado en el propio cuerpo humano, una máquina de una sofisticación difícilmente alcanzable, para terminar resolviendo de manera artificial lo que la naturaleza resolvió de manera natural hace cientos de milenios.

La solución ha estado ahí siempre: cuando  la piel humana  recibe una entrada, el sistema nervioso periférico comienza a procesarla en el punto de contacto, reduciéndola a solo la información vital antes de enviarla al cerebro.

Esa reducción de los datos sensoriales permite un uso eficiente de los canales de comunicación necesarios para enviar los datos al cerebro, que responde casi de inmediato al estímulo.

Este mecanismo explica que seamos capaces de apartar de inmediato la mano de un fuego,  aprendemos a la velocidad de la luz que este nos quema la piel y que quemarse la piel duele bastante.

La clave no era enviar los datos a un gran ordenador central, sino en analizar los datos  en el lugar en el que se recogen. En el caso de la piel electrónica los investigadores imprimieron una retícula de 168 transistores sinápticos hechos con nanocables de óxido de zinc directamente sobre la superficie de un plástico flexible.

Posteriormente conectaron el transistor sináptico con el sensor cutáneo que se encuentra en la palma de una mano robótica totalmente articulada y con forma humana.

Cuando se toca el sensor, este registra un cambio en su resistencia eléctrica: un pequeño cambio corresponde a un toque ligero, y un toque más fuerte crea un cambio mayor en la resistencia.

A partir de ahí, el equipo utiliza la salida variable de ese pico de voltaje para enseñar a la piel las respuestas adecuadas al dolor simulado, es decir, cuándo debe apartarse y cuándo no.

Se estableció un umbral de tensión de entrada para provocar una reacción (lo que los humanos percibimos como cierto umbral del dolor). Gracias a esto, el equipo ha podido conseguir que la mano robótica retroceda ante una fuerte presión de un objeto punzante.

El desarrollo de la piel electrónica es el último avance diseñado  en materia de superficies impresas flexibles y estirables por el Grupo de Tecnologías de Sensores y Electrónica Plegable (BEST) de la Universidad de Glasgow, dirigido por el profesor Ravinder Dahiya, de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad.

«Todos aprendemos desde nuestros comienzos a responder adecuadamente a estímulos inesperados, como el dolor, para evitar que nos volvamos a hacer daño», expresó Dahiya en un comunicado distribuido por la Universidad de Glasgow.

«El desarrollo de esta nueva forma de piel electrónica no implica realmente infligir dolor tal y como lo conocemos; es simplemente una forma abreviada de explicar el proceso de aprendizaje a partir de estímulos externos».

Se trataba, de crear una piel electrónica capaz de aprender sin necesidad de mandar mensajes de ida y vuelta a un ordenador central en un cambio de enfoque que ha permitido reducir notablemente el tiempo de respuesta al estímulo.

«Creemos que es un verdadero paso adelante en nuestro trabajo para crear una piel electrónica impresa neuromórfica a gran escala capaz de responder adecuadamente a los estímulos», ha concluido el experto.

Fengyuan Liu, miembro del grupo BEST, se ha mostrado esperanzado con las posibilidades de esta tecnología.

«Esta investigación podría ser la base de una piel electrónica más avanzada que permita a los robots explorar e interactuar con el mundo de nuevas maneras o construir prótesis capaces de alcanzar niveles de sensibilidad táctil casi humanos».

Fuentes:

Imagen 1: Universidad de Glasgow https://www.gla.ac.uk/news/headline_852760_en.html Imagen 2: Entrepreneur -https://www.entrepreneur.com/article/430417 Universidad de Glasgow. https://www.gla.ac.uk/news/headline_852760_en.html

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