Quali dovrebbero essere le caratteristiche di una pelle artificiale in grado di aiutare un robot a percepire sensazioni, oltre che di ricoprire protesi in caso di amputazione della mano? Sostanzialmente di essere facile da produrre, di costo limitato ed estremamente efficiente nelle sensazioni tattili.
Anche se può sembrare fantascienza, ci si sta avvicinando sempre di più a questo risultato. Tra i diversi prototipi realizzati e in fase di studio colpisce in questo senso quanto presentato in una ricerca apparsa su Science Robotics, frutto del lavoro degli esperti dell’Università di Cambridge e dell’University College (UCL) di Londra. Lo studio ha come autore principale David Hardman del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge e come coautore Thomas George Thuruthel dell’UCL.
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Come funziona la pelle artificiale
Sostanzialmente questo dispositivo può essere applicato alle mani robotiche come un guanto, consentendo ai robot di rilevare informazioni sull’ambiente circostante in modo simile a quello umano. Si tratta di un prototipo che per le sue caratteristiche può risultare modellato in un’ampia gamma di forme complesse ed è in grado di individuare e quindi elaborare indicazioni fisiche.
La novità di questo prototipo è semplice. Mentre altri supporti al tatto funzionano infatti con sensori integrati in piccole aree e necessitano di “ricevitori” diversi in grado di recepire stimoli specifici, in questo caso praticamente l’intera struttura funziona come un unico sensore. Sebbene la pelle robotica non sia sensibile quanto quella umana, è in grado di rilevare segnali provenienti da oltre 860.000 minuscoli percorsi sensoriali nel materiale, consentendole di riconoscere diversi tipi di tocco e pressione – come il tocco di un dito, una superficie calda o fredda, danni causati da tagli o punture, o il contatto simultaneo di più punti – in un singolo materiale.
Cosa dicono i test
Nel prototipo presentato nella ricerca si impiega un sensore capace di reagire diversamente a diversi tipi di tocco, in quello che viene definito rilevamento multimodale. I ricercatori hanno fuso un idrogel a base di gelatina, morbido, elastico ed elettricamente conduttivo, e gli hanno dato la forma di una mano umana. Hanno testato una serie di diverse configurazioni di elettrodi per determinare quale fornisse loro le informazioni più utili sui diversi tipi di tocco. Con soli 32 elettrodi posizionati al polso, sono stati in grado di raccogliere oltre 1,7 milioni di informazioni su tutta la mano, grazie ai minuscoli percorsi nel materiale conduttivo.
La pelle è stata poi testata con diversi tipi di tocco: i ricercatori l’hanno esposta a un getto d’aria calda con una pistola termica, l’hanno premuta con le dita e un braccio robotico, l’hanno toccata delicatamente con le dita e l’hanno persino tagliata con un bisturi. Il team ha poi utilizzato i dati raccolti durante questi test per addestrare un modello di apprendimento automatico in modo che la mano riconoscesse il significato dei diversi tipi di tocco.
Il ruolo dell’AI e il futuro
Come spiega una nota dell’ateneo inglese, si sono già realizzati alcuni test fisici che, insieme a tecniche di apprendimento automatico, hanno messo questa struttura artificiale in grado di apprendere i percorsi percettivi più significativi, insegnando quindi a percepire diversi tipi di contatto in modo più efficiente.
Oltre alle potenziali applicazioni future per robot umanoidi o protesi umane in cui il senso del tatto è vitale, i ricercatori affermano che la pelle robotica potrebbe essere utile in settori diversi come il settore automobilistico o i soccorsi in caso di calamità. La ricerca, in ogni caso, fa sperare di superare i limiti delle pelli elettroniche che funzionano convertendo informazioni fisiche, come la pressione o la temperatura, in segnali elettronici.
Nella maggior parte dei casi, sono necessari diversi tipi di sensori per diversi tipi di tocco: un tipo per rilevare la pressione, un altro per la temperatura e così via, che vengono poi integrati in materiali morbidi e flessibili. Tuttavia, i segnali provenienti da questi diversi sensori possono interferire tra loro e i materiali si danneggiano facilmente.
“Avere sensori diversi per diversi tipi di tocco porta a materiali complessi da realizzare. Volevamo sviluppare una soluzione in grado di rilevare più tipi di tocco contemporaneamente, ma in un unico materiale”
segnala in una nota Hardman.
Il tutto, come sottolinea Thomas George Thuruthel dell’UCL, fa sperare per il futuro. Anche se siamo solo all’inizio.
“Non siamo ancora al punto in cui la pelle robotica sia valida quanto quella umana: il nostro metodo è flessibile e più facile da realizzare rispetto ai sensori tradizionali, e siamo in grado di calibrarlo utilizzando il tocco umano per una vasta gamma di compiti”
segnala l’esperto.