Y. Li et al., 2023
La yema del dedo humano es un dispositivo muy sensible para detectar objetos en nuestro entorno a través del tacto. Un equipo de científicos chinos ha simulado el mecanismo de percepción subyacente para crear un dedo biónico con un sistema de retroalimentación táctil integrado que perfora objetos complejos para mapear detalles debajo de la capa superficial. un papel reciente Cell Reports se publica en la revista Physical Science.
«Nos inspiramos en los dedos humanos, que tienen el sentido del tacto más sensible que conocemos». dijo el coautor Gianni Luo Universidad de Wuyi. “Por ejemplo, cuando tocamos nuestro cuerpo con los dedos, podemos percibir no solo la textura de nuestra piel, sino también el contorno del hueso debajo de ella. Esta tecnología táctil abre un camino no óptico para las pruebas no destructivas del cuerpo humano y la electrónica flexible».
Según los autores, los sensores táctiles artificiales desarrollados anteriormente solo pueden detectar y discriminar formas externas, texturas superficiales y dureza. Pero no pueden percibir información superficial sobre esas sustancias. Esto generalmente requiere técnicas ópticas como tomografía computarizada, tomografías PET, tomografía ultrasónica (que escanea el exterior del material para reconstruir una imagen de la estructura interior) o resonancias magnéticas. Pero todos estos también tienen desventajas. De manera similar, la perfilometría óptica se usa a menudo para medir el perfil y el acabado de la superficie, pero solo funciona en materiales transparentes.
Cuando tocamos algo con los dedos, la piel experimenta una deformación mecánica, como compresión o estiramiento, lo que activa los mecanorreceptores para enviar impulsos eléctricos. Estos impulsos viajan a través del sistema nervioso central hasta la corteza somatosensorial del cerebro. El cerebro integra esos impulsos eléctricos para reconocer las propiedades del objeto que tocamos. Esa retroalimentación táctil nos ayuda a determinar la textura, la textura de la superficie y la dureza o suavidad de un material.
El dedo biónico representa una letra A sólida cubierta con silicona suave. Crédito: Y. Li et al., 2023
Un dedo biónico inteligente imita este sistema de retroalimentación. Un cilindro metálico montado en la parte superior del dedo sirve como punta de contacto, mientras que los rayos de fibra de carbono sirven como mecanorreceptores táctiles (unidad de detección). Estos están conectados al módulo de procesamiento de señales. El dedo «escanea» la superficie del objeto de destino aplicando periódicamente presión, similar a un pinchazo o pinchazo. Comprime las fibras de carbono, y cuánto se comprime el material da información sobre su rigidez o suavidad relativa. Esa información, junto con el lugar donde se registró en la superficie, se envía a una computadora, que traduce los datos en un mapa 3D.
Los autores probaron su dedo biónico usando varios objetos complejos. Por ejemplo, probaron la capacidad de un dedo para reconocer y mapear la letra sólida «A» debajo de una capa de silicona suave (ver video arriba) junto con otras formas abstractas. Los dedos también pueden notar la diferencia entre materiales internos duros y blandos y un revestimiento exterior de silicona suave.
También crearon un modelo físico impreso en 3D para tejido humano a partir de tres capas de polímero duro (para «esqueleto») y una capa exterior de silicona suave (para «músculo»). El dedo biónico escaneó y reprodujo con éxito un perfil 3D de la estructura del tejido del modelo, incluida la ubicación del «vaso sanguíneo» debajo de la capa «muscular».
Finalmente, los autores probaron el dedo biónico en un dispositivo electrónico defectuoso y crearon con éxito un mapa de los componentes internos. Un dedo puede detectar dónde se desconecta el circuito y se perfora correctamente un orificio sin romper la capa exterior circundante. «A continuación, queremos desarrollar un dedo biónico capaz de detección omnidireccional con diferentes materiales de superficie». Luo dijo.
DOI: Cell Reports Ciencias Físicas, 2023. 10.1016/j.xcrp.2023.101257 (Sobre los DOI).
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