Capteur tactile souple avec des caractéristiques comparables à celles de la peau pour les robots

Une équipe de recherche a développé un capteur tactile doux avec des caractéristiques comparables à celles de la peau. Une pince robotique avec le capteur monté au bout du doigt pourrait accomplir des tâches difficiles telles que saisir de manière stable des objets fragiles et enfiler une aiguille.

Une caractéristique principale de la peau humaine est sa capacité à détecter la force de cisaillement - la force qui fait glisser ou glisser deux objets l'un sur l'autre lorsqu'ils entrent en contact. En détectant l'amplitude, la direction et le changement subtil de la force de cisaillement, la peau humaine peut agir comme rétroaction et nous permettre d'ajuster la façon de tenir un objet de manière stable avec nos mains et nos doigts ou la force avec laquelle nous devons le saisir.

Pour imiter cette caractéristique de la peau humaine, le capteur tactile doux est intégré dans une structure multicouche comme la peau humaine et comprend un film flexible et spécialement magnétisé d'environ 0,5 mm d'épaisseur comme couche supérieure. Lorsqu'une force externe est exercée dessus, il peut détecter le changement du champ magnétique dû à la déformation du film. Plus important encore, il peut découpler ou décomposer automatiquement la force externe en deux composantes :la force normale (la force appliquée perpendiculairement à l'objet) et la force de cisaillement, fournissant la mesure précise de ces deux forces, respectivement.

De plus, le capteur possède une autre caractéristique proche de la peau humaine :la « super-résolution » tactile qui lui permet de localiser le plus précisément possible la position des stimuli. Un algorithme de super-résolution tactile efficace utilise l'apprentissage en profondeur pour obtenir une amélioration de 60 fois de la précision de localisation pour la position de contact. Un tel algorithme de super-résolution tactile peut aider à améliorer la résolution physique d'un réseau de capteurs tactiles avec le moins d'unités de détection, réduisant ainsi le nombre de câblages et le temps nécessaire à la transmission du signal.

En montant le capteur au bout du doigt d'une pince robotique, l'équipe a montré que les robots peuvent accomplir des tâches difficiles. La pince robotique saisit de manière stable des objets fragiles comme un œuf tandis qu'une force externe tentait de l'éloigner et enfilait une aiguille par téléopération. Le capteur peut être facilement étendu sous la forme de réseaux de capteurs ou même d'une peau électronique continue qui couvre tout le corps du robot.

La sensibilité et la plage de mesure du capteur peuvent être ajustées en modifiant la direction de magnétisation de la couche supérieure (film magnétique) du capteur sans modifier l'épaisseur du capteur. Cela permet à l'e-skin d'avoir une sensibilité et une plage de mesure différentes dans différentes parties, tout comme la peau humaine. De plus, le capteur a un processus de fabrication et d'étalonnage beaucoup plus court par rapport aux autres capteurs tactiles.

Le capteur pourrait être bénéfique pour des applications dans le domaine de la robotique telles que la préhension adaptative, la manipulation adroite, la reconnaissance de texture, les prothèses intelligentes et l'interaction homme-robot.