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Sensor táctil

Un sensor táctil de 3 ejes de alta densidad en un paquete fino, suave y duradero, con un cableado mínimo. La integración de uSkin en la mano Allegro le proporciona el sentido del tacto humano.
Sensor uSkin de XELA Robotics, un sensor táctil de 3 ejes de alta densidad en un paquete delgado, suave y duradero, con un cableado mínimo.
Un sistema de sensor táctil PPS (TactileHead) diseñado para cuantificar la presión sobre una cabeza humana.
Un sistema de sensor táctil PPS (TactileHead [1] ) diseñado para cuantificar la distribución de la presión sobre la cara y la cabeza. Resulta útil para optimizar el diseño ergonómico de cascos y gafas.

El SynTouch BioTac, [2] un sensor táctil multimodal modelado a partir de la punta del dedo humano

Un sensor táctil es un dispositivo que mide la información que surge de la interacción física con su entorno. Los sensores táctiles generalmente se basan en el sentido biológico del tacto cutáneo , que es capaz de detectar estímulos resultantes de la estimulación mecánica, la temperatura y el dolor (aunque la detección del dolor no es común en los sensores táctiles artificiales). Los sensores táctiles se utilizan en robótica , hardware informático y sistemas de seguridad . Una aplicación común de los sensores táctiles es en dispositivos de pantalla táctil en teléfonos móviles y en informática .

Los sensores táctiles pueden ser de diferentes tipos, incluidos sensores piezorresistivos , piezoeléctricos , ópticos, capacitivos y elastoresistivos. [3]

Usos

Los sensores táctiles aparecen en la vida cotidiana, como en los botones de los ascensores y en las lámparas que se atenúan o encienden al tocar la base. También existen innumerables aplicaciones para los sensores táctiles que la mayoría de las personas desconoce.

Los sensores que miden cambios muy pequeños deben tener una sensibilidad muy alta. Los sensores deben diseñarse para que tengan un efecto pequeño en lo que se mide; hacer que el sensor sea más pequeño suele mejorar esto y puede introducir otras ventajas. Los sensores táctiles se pueden utilizar para probar el rendimiento de todo tipo de aplicaciones. Por ejemplo, estos sensores se han utilizado en la fabricación de automóviles (frenos, embragues, sellos de puertas, juntas ), laminación de baterías , uniones atornilladas, pilas de combustible , etc.

La obtención de imágenes táctiles , como modalidad de obtención de imágenes médicas, traduce el sentido del tacto en una imagen digital y se basa en sensores táctiles. La obtención de imágenes táctiles imita de cerca la palpación manual, ya que la sonda del dispositivo con un conjunto de sensores de presión montados en su cara actúa de manera similar a los dedos humanos durante el examen clínico, deformando el tejido blando mediante la sonda y detectando los cambios resultantes en el patrón de presión.

Los robots diseñados para interactuar con objetos que requieren manipulación que implique precisión, destreza o interacción con objetos inusuales, necesitan un aparato sensorial que sea funcionalmente equivalente a la capacidad táctil de un humano. Se han desarrollado sensores táctiles para su uso con robots. [4] [5] [ se necesita una mejor fuente ] Los sensores táctiles pueden complementar los sistemas visuales al proporcionar información adicional cuando el robot comienza a agarrar un objeto. En este momento, la visión ya no es suficiente, ya que las propiedades mecánicas del objeto no se pueden determinar solo con la visión. Determinar el peso, la textura, la rigidez , el centro de masa , el coeficiente de fricción y la conductividad térmica requieren la interacción con el objeto y algún tipo de detección táctil.

Se utilizan varias clases de sensores táctiles en robots de distintos tipos para tareas que abarcan la prevención de colisiones y la manipulación. [ cita requerida ] Algunos métodos de localización y mapeo simultáneos se basan en sensores táctiles. [6]

Conjuntos de sensores de presión

Los conjuntos de sensores de presión son grandes rejillas de tactels. Un "tactel" es un "elemento táctil". Cada tactel es capaz de detectar fuerzas normales. Los sensores basados ​​en tactel proporcionan una "imagen" de alta resolución de la superficie de contacto. Junto con la resolución espacial y la sensibilidad a la fuerza, las cuestiones de integración de sistemas como el cableado y el enrutamiento de señales son importantes. [7] Los conjuntos de sensores de presión están disponibles en forma de película delgada . Se utilizan principalmente como herramientas analíticas utilizadas en los procesos de fabricación e I+D por ingenieros y técnicos, y se han adaptado para su uso en robots. Los ejemplos de dichos sensores disponibles para los consumidores incluyen conjuntos construidos a partir de caucho conductor , [8] zirconato titanato de plomo (PZT), fluoruro de polivinilideno (PVDF), PVDF-TrFE, [9] FET , [10] y elementos de detección capacitiva metálica [11] [12] .

Sensores táctiles de base óptica

Se han desarrollado varios tipos de sensores táctiles que aprovechan la tecnología similar a la de las cámaras para proporcionar datos de alta resolución. Un ejemplo clave es la tecnología Gelsight, desarrollada por primera vez en el MIT, que utiliza una cámara detrás de una capa de gel opaco para lograr una respuesta táctil de alta resolución. [13] [14] El sensor "See-through-your-skin" (STS) de Samsung utiliza un gel semitransparente para producir imágenes táctiles y ópticas combinadas. [15]

Rosetas de galgas extensométricas

Las rosetas de los extensómetros se construyen a partir de varios extensómetros , cada uno de los cuales detecta la fuerza en una dirección particular. Cuando se combina la información de cada extensómetro, la información permite determinar un patrón de fuerzas o pares. [16]

Sensores táctiles de inspiración biológica

Se han sugerido diversos diseños de inspiración biológica, que van desde sensores simples similares a bigotes que miden solo un punto a la vez [17] , pasando por sensores más avanzados similares a las puntas de los dedos [18] [19] [20], hasta sensores completamente similares a la piel, como el último iCub [ cita requerida ] . Los sensores táctiles de inspiración biológica a menudo incorporan más de una estrategia de detección. Por ejemplo, podrían detectar tanto la distribución de presiones como el patrón de fuerzas que provendrían de matrices de sensores de presión y rosetas de galgas extensométricas, lo que permitiría la discriminación de dos puntos y la detección de fuerza, con una capacidad similar a la humana.

Las versiones avanzadas de sensores táctiles diseñados biológicamente incluyen detección de vibraciones , que se ha determinado que es importante para comprender las interacciones entre el sensor táctil y los objetos cuando el sensor se desliza sobre el objeto. Ahora se entiende que dichas interacciones son importantes para el uso de herramientas por parte de los humanos y para evaluar la textura de un objeto. [18] Uno de estos sensores combina detección de fuerza, detección de vibraciones y detección de transferencia de calor. [2]

Sensores táctiles DIY y de hardware abierto

Recientemente, se ha creado un sofisticado sensor táctil de hardware abierto , lo que permite a los entusiastas y aficionados experimentar con una tecnología que de otro modo sería costosa. [21] Además, con la llegada de cámaras ópticas baratas, se han propuesto nuevos sensores que se pueden construir de forma fácil y económica con una impresora 3D. [22]

Véase también

Referencias

  1. ^ Dobie, Gordon (7 de mayo de 2021). "TactieHead".
  2. ^ ab "Tecnología de sensores – SynTouch, Inc." www.syntouchllc.com . 6 de octubre de 2020.
  3. ^ . Los sensores táctiles también vienen en forma de películas indicadoras de presión que revelan la distribución y magnitud de la presión entre superficies en contacto en virtud de un cambio de color inmediato y permanente. Estas películas indicadoras de presión son sensores de un solo uso que capturan la presión máxima a la que estuvieron expuestos. Las películas indicadoras de presión se activan por reacción química y son sensores no electrónicos. Detección táctil robótica: tecnologías y sistemas
  4. ^ Fleer, S.; Moringen, A.; Klatzky, RL; Ritter, H. (2020). "Aprendizaje de exploración háptica eficiente de formas con una matriz de sensores táctiles rígidos, S. Fleer, A. Moringen, R. Klatzky, H. Ritter". PLOS ONE . ​​15 (1): e0226880. doi : 10.1371/journal.pone.0226880 . PMC 6940144 . PMID  31896135. 
  5. ^ "Aprendizaje robótico basado en la atención de la interacción háptica, A. Moringen, S. Fleer, G. Walck, H. Ritter" (PDF) . doi :10.1007/978-3-030-58147-3_51. S2CID  220069113. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  6. ^ Fox, Charles, et al. "SLAM táctil con un robot con bigotes biomiméticos". Conferencia internacional IEEE sobre robótica y automatización de 2012. IEEE, 2012.
  7. ^ Dahiya, RS; Metta, G.; Valle, M.; Sandini, G. (2010). "Detección táctil: de humanos a humanoides – Revistas y revistas IEEE". IEEE Transactions on Robotics . 26 (1): 1–20. doi :10.1109/TRO.2009.2033627. S2CID  14306032.
  8. ^ Shimojo, M.; Namiki, A.; Ishikawa, M.; Makino, R.; Mabuchi, K. (2004). "Una lámina de sensor táctil que utiliza caucho conductor de presión con un método de cosido de cables eléctricos – IEEE Journals & Magazine". IEEE Sensors Journal . 4 (5): 589–596. doi :10.1109/JSEN.2004.833152. S2CID  885827.
  9. ^ Dahiya, Ravinder S.; Cattin, Davide; Adami, Andrea; Collini, Cristian; Barboni, Leonardo; Valle, Mauricio; Lorenzelli, Leandro; Oboe, Roberto; Metta, Giorgio; Brunetti, Francesca (2011). "Hacia un sistema de detección táctil en chip para aplicaciones robóticas - Revista y revistas IEEE". Revista de sensores IEEE . 11 (12): 3216–3226. doi :10.1109/JSEN.2011.2159835. S2CID  11702310.
  10. ^ Dispositivos de detección táctil con transistores de efecto de campo semiconductores de óxido piezoeléctrico
  11. ^ Dobie, Gordon (7 de mayo de 2021). «Sensores capacitivos PPS». PPS . Consultado el 7 de mayo de 2021 .
  12. ^ Dobie, Gordon (7 de mayo de 2021). "Sensores táctiles capacitivos SingleTact".
  13. ^ Baeckens, Simon; Wainwright, Dylan K.; Weaver, James C.; Irschick, Duncan J.; Losos, Jonathan B. (2019). "Patrones de escalamiento ontogenético de la estructura de la superficie de la piel de lagarto revelados por estereoperfilometría basada en gel". Journal of Anatomy . 235 (2): 346–356. doi :10.1111/joa.13003. ISSN  1469-7580. PMC 6637707 . PMID  31099429. 
  14. ^ Wainwright, Dylan K.; Lauder, George V.; Weaver, James C. (2017). "Obtención de imágenes de la topografía de la superficie biológica in situ e in vivo". Métodos en ecología y evolución . 8 (11): 1626–1638. Bibcode :2017MEcEv...8.1626W. doi : 10.1111/2041-210X.12778 . ISSN  2041-210X. S2CID  89811965.
  15. ^ Hogan, Francois (5 de enero de 2021). "Ver a través de la piel: reconocer objetos con un novedoso sensor visotáctil". PPS . Consultado el 11 de octubre de 2021 .
  16. ^ Hoja de datos de Schunk FT-Nano 43, un sensor de par de fuerza de 6 ejes
  17. ^ Evans, Mathew H.; Fox, Charles W.; Pearson, Martin; Prescott, Tony J. (agosto de 2010). Discriminación táctil mediante clasificadores de plantillas: hacia un modelo de extracción de características en sistemas vibrisales de mamíferos. From Animals to Animats 11, 11.ª Conferencia internacional sobre simulación del comportamiento adaptativo. París, Francia.
  18. ^ ab Fishel, Jeremy A.; Santos, Verónica J.; Loeb, Gerald E. (2008). "Un sensor de microvibración robusto para las puntas de los dedos biomiméticos". Un sensor de microvibración robusto para las puntas de los dedos biomiméticos – Publicación de la conferencia IEEE . págs. 659–663. doi :10.1109/BIOROB.2008.4762917. ISBN 978-1-4244-2882-3.S2CID16325088  .​
  19. ^ "Desarrollo de un sensor táctil basado en codificación de bordes de inspiración biológica - Publicación de la conferencia IEEE". IEEE : 1–6. Junio ​​de 2009.
  20. ^ Cassidy, Andrew; Ekanayake, Virantha (2006). "Una matriz de sensores táctiles de inspiración biológica que utiliza computación basada en fases". Una matriz de sensores táctiles de inspiración biológica que utiliza computación basada en fases – Publicación de la conferencia IEEE . págs. 45–48. doi :10.1109/BIOCAS.2006.4600304. ISBN 978-1-4244-0436-0.S2CID5774626  .​
  21. ^ "Construyéndolo – TakkTile". www.takktile.com .
  22. ^ "Exhortar/consejo de baño". GitHub .

Enlaces externos