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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