Durante las últimas décadas, los especialistas en robótica e informática han desarrollado sistemas artificiales que replican funciones biológicas y habilidades humanas de formas cada vez más realistas. Esto incluye sistemas de inteligencia artificial, así como sensores que pueden capturar varios tipos de datos sensoriales.
Al tratar de comprender las propiedades de los objetos y cómo agarrarlos o manipularlos, los humanos a menudo confían en su sentido del tacto. Los sistemas de detección artificial que replican el contacto humano pueden ser de gran valor, ya que podrían permitir el desarrollo de robots o prótesis de mejor rendimiento y más receptivos.
Investigadores de la Universidad de Sungkyunkwan y la Universidad de Hanyang en Corea del Sur han creado recientemente un sistema de detección táctil artificial que imita la forma en que los humanos reconocen los objetos en su entorno a través de su sentido del tacto. Este sistema, presentado en un artículo publicado en Nature Electronics, utiliza sensores para capturar datos asociados con las propiedades táctiles de los objetos.
“Presentamos un sistema de piel táctil neuronal artificial que imita el proceso de reconocimiento táctil humano utilizando sensores compuestos de polímeros basados en partículas y un sistema de conversión de señales”, escribieron Sungwoo Chun y sus colegas en su artículo.
Los sistemas sensoriales biológicos convierten los estímulos táctiles en potenciales de acción a través de un proceso conocido como transducción somatosensorial. Posteriormente, transmiten estas señales al cerebro a través de nervios aferentes.
Para emular el sistema táctil humano, la piel táctil neuronal artificial creada por Chun y sus colegas utiliza sensores que responden a la presión y la vibración, replicando la función de los mecanorreceptores adaptativos lentos y adaptativos rápidos en la piel humana. Los datos que recopilan se asemejan a la información recopilada por las neuronas sensoriales humanas; por tanto, en última instancia, producen señales que parecen señales nerviosas táctiles humanas.
El sistema creado por los investigadores está formado por películas en T con partículas conductoras piezorresistivas y piezoeléctricas dispuestas en una matriz polimérica elástica. Las películas son ultrafinas (<120μm), ligeras (15 mg cm-2) y adhesivas, por lo que se parecen mucho a la piel humana real.
Para evaluar su sistema de piel artificial y demostrar que puede integrarse en sistemas biológicos reales, los investigadores lo evaluaron en una serie de experimentos en ratones. Estos experimentos incluyeron una prueba de transmisión ex vivo en un nervio aferente y una prueba de respuesta muscular in vivo mediante la estimulación de un nervio eferente. Los resultados de ambos experimentos fueron muy prometedores, confirmando la posibilidad de integrar el sistema dentro de sistemas biológicos reales.
“Demostramos en una prueba ex vivo que es posible la transmisión sin distorsiones de las señales de salida a través de una fibra nerviosa táctil aferente de ratón, y en una prueba in vivo que las señales pueden estimular un nervio motor de rata para inducir la contracción de un músculo de la extremidad trasera” Chun y sus colegas explicaron en su artículo.
Además de probar su piel artificial integrándola con sistemas biológicos reales, los investigadores evaluaron su capacidad para analizar y reconocer la textura de las superficies. Para hacer esto, laminaron crestas artificiales que imitan la estructura de la yema de un dedo humano en su dispositivo T-skin. Descubrieron que este sistema podía detectar patrones de textura complejos. Además, el equipo lo combinó con una técnica de aprendizaje profundo que puede clasificar estructuras de superficie, logrando una notable precisión de clasificación de texturas del 99,1%.
“Usamos nuestro sistema de detección táctil para desarrollar un dedo artificial que puede aprender a clasificar texturas finas y complejas al integrar las señales del sensor con una técnica de aprendizaje profundo”, explicaron los investigadores en su artículo. “El enfoque también se puede utilizar para predecir texturas desconocidas sobre la base del modelo entrenado”.
En el futuro, el sistema de detección táctil artificial desarrollado por este equipo de investigadores podría integrarse con sistemas robóticos existentes o desarrollados recientemente para replicar el sentido del tacto humano. Esto podría mejorar significativamente su desempeño en tareas que implican tocar, agarrar y manipular objetos.
Fuente: Phys.org.
