Il sistema di sensori unico risponde 1, 000 volte più veloce del senso del tatto umano, il più veloce mai raggiunto per una e-skin

Robot e dispositivi protesici potrebbero presto avere un senso del tatto equivalente a, o meglio di, la pelle umana con la pelle elettronica codificata asincrona (ACES), un sistema nervoso artificiale sviluppato da un team di ricercatori della National University of Singapore (NUS).

Il nuovo sistema elettronico della pelle ha raggiunto un'elevatissima reattività e robustezza ai danni, e può essere abbinato a qualsiasi tipo di strato della pelle del sensore per funzionare efficacemente come una pelle elettronica.

L'innovazione, realizzato dall'assistente professore Benjamin Tee e dal suo team del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali presso la Facoltà di ingegneria della NUS, è stato riportato per la prima volta su una prestigiosa rivista scientifica Robotica scientifica il 18 luglio 2019.

Più veloce del sistema nervoso sensoriale umano

"Gli esseri umani usano il nostro senso del tatto per svolgere quasi tutte le attività quotidiane, come prendere una tazza di caffè o stringere la mano. Senza esso, perderemo persino il nostro senso dell'equilibrio quando camminiamo. Allo stesso modo, i robot devono avere il senso del tatto per interagire meglio con gli umani, ma i robot oggi ancora non riescono a sentire molto bene gli oggetti, " ha spiegato Asst Prof Tee, che ha lavorato su tecnologie elettroniche per la pelle per oltre un decennio nella speranza di dare a robot e dispositivi protesici un migliore senso del tatto.

Traendo ispirazione dal sistema nervoso sensoriale umano, il team NUS ha impiegato un anno e mezzo per sviluppare un sistema di sensori che potrebbe potenzialmente funzionare meglio. Mentre il sistema nervoso elettronico ACES rileva segnali come il sistema nervoso del sensore umano, è costituito da una rete di sensori collegati tramite un unico conduttore elettrico, a differenza dei fasci nervosi della pelle umana. È anche diverso dalle skin elettroniche esistenti che hanno sistemi di cablaggio interconnessi che possono renderle sensibili ai danni e difficili da ridimensionare.

Elaborando l'ispirazione, Professore assistente Tee, che ricopre anche incarichi nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica del NUS, NUS Institute for Health Innovation &Technology (iHealthTech), N.1 Istituto per la salute e il programma di sistemi elettronici flessibili integrati ibridi (HiFES), disse, "Il sistema nervoso sensoriale umano è estremamente efficiente, e funziona sempre nella misura in cui spesso lo diamo per scontato. È anche molto resistente ai danni. Il nostro senso del tatto, Per esempio, non viene colpito quando subiamo un taglio. Se riusciamo a imitare il funzionamento del nostro sistema biologico e a renderlo ancora migliore, possiamo realizzare enormi progressi nel campo della robotica in cui vengono applicate prevalentemente skin elettroniche."

ACES può rilevare i tocchi più di 1, 000 volte più veloce del sistema nervoso sensoriale umano. Per esempio, è in grado di differenziare i contatti fisici tra diversi sensori in meno di 60 nanosecondi, il più veloce mai raggiunto per una tecnologia skin elettronica, anche con un gran numero di sensori. La pelle abilitata per ACES può anche identificare con precisione la forma, consistenza e durezza degli oggetti entro 10 millisecondi, dieci volte più veloce di un battito di ciglia. Ciò è reso possibile dall'alta fedeltà e dalla velocità di acquisizione del sistema ACES.

La piattaforma ACES può anche essere progettata per ottenere un'elevata robustezza ai danni fisici, una proprietà importante per le pelli elettroniche perché entrano nel frequente contatto fisico con l'ambiente. A differenza dell'attuale sistema utilizzato per interconnettere i sensori nelle skin elettroniche esistenti, tutti i sensori in ACES possono essere collegati a un conduttore elettrico comune con ciascun sensore che funziona in modo indipendente. Ciò consente alle skin elettroniche abilitate ACES di continuare a funzionare finché esiste una connessione tra il sensore e il conduttore, rendendoli meno vulnerabili ai danni.

Skin elettroniche intelligenti per robot e protesi

Il semplice sistema di cablaggio di ACES e la notevole reattività anche con un numero crescente di sensori sono caratteristiche chiave che faciliteranno lo scale-up di skin elettroniche intelligenti per applicazioni di intelligenza artificiale (AI) nei robot, dispositivi protesici e altre interfacce uomo-macchina.

"La scalabilità è una considerazione fondamentale poiché sono necessari grandi pezzi di skin elettroniche ad alte prestazioni per coprire le aree di superficie relativamente grandi di robot e dispositivi protesici, " ha spiegato l'assistente professore Tee. "ACES può essere facilmente abbinato a qualsiasi tipo di strato di pelle del sensore, Per esempio, quelli progettati per rilevare la temperatura e l'umidità, per creare skin elettroniche compatibili con ACES ad alte prestazioni con un eccezionale senso del tatto che può essere utilizzato per una vasta gamma di scopi, " Ha aggiunto.

Ad esempio, abbinando ACES al trasparente, strato di pelle del sensore auto-guarigione e resistente all'acqua anch'esso recentemente sviluppato dal team di Asst Prof Tee, crea una pelle elettronica che può autoripararsi, come la pelle umana. Questo tipo di pelle elettronica può essere utilizzata per sviluppare arti protesici più realistici che aiuteranno le persone disabili a ripristinare il senso del tatto.

Altre potenziali applicazioni includono lo sviluppo di robot più intelligenti in grado di eseguire attività di ripristino di emergenza o eseguire operazioni banali come l'imballaggio di articoli nei magazzini. Il team NUS sta quindi cercando di applicare ulteriormente la piattaforma ACES su robot avanzati e dispositivi protesici nella prossima fase della loro ricerca.