Nas últimas décadas, roboticistas e cientistas da computação desenvolveram sistemas artificiais que replicam funções biológicas e habilidades humanas de maneiras cada vez mais realistas. Isso inclui sistemas de inteligência artificial, bem como sensores que podem capturar vários tipos de dados sensoriais.
Ao tentar entender as propriedades dos objetos e como agarrá-los ou manuseá-los, os humanos costumam confiar no sentido do tato. Os sistemas de detecção artificial que reproduzem o toque humano podem, portanto, ser de grande valor, pois podem permitir o desenvolvimento de robôs ou membros protéticos de melhor desempenho e mais responsivos.
Pesquisadores da Universidade Sungkyunkwan e da Universidade Hanyang, na Coréia do Sul, criaram recentemente um sistema de detecção tátil artificial que imita a maneira como os humanos reconhecem objetos ao seu redor por meio do tato. Este sistema, apresentado em um artigo publicado na Nature Electronics, usa sensores para capturar dados associados às propriedades táteis dos objetos.
“Nós relatamos um sistema de pele tátil neural artificial que imita o processo de reconhecimento tátil humano usando sensores compostos de polímero à base de partículas e um sistema de conversão de sinal”, escreveram Sungwoo Chun e seus colegas em seu artigo.
Os sistemas sensoriais biológicos convertem estímulos táteis em potenciais de ação por meio de um processo conhecido como transdução somatossensorial. Posteriormente, eles transmitem esses sinais ao cérebro por meio de nervos aferentes.
Para emular o sistema tátil humano, a pele tátil neural artificial criada por Chun e seus colegas utiliza sensores que respondem à pressão e vibração, replicando a função de mecanorreceptores adaptativos lentos e adaptativos rápidos na pele humana. Os dados que eles coletam se assemelham às informações coletadas por neurônios sensoriais humanos; assim, eles acabam produzindo sinais que se parecem com sinais nervosos táteis humanos.
O sistema criado pelos pesquisadores é composto por filmes T-skin com partículas condutoras piezoresistivas e piezoelétricas dispostas em uma matriz elástica de polímero. Os filmes são ultrafinos (<120?m), leves (15 mg cm-2) e adesivos, portanto, eles se parecem muito com a pele humana real.
Para avaliar seu sistema de pele artificial e provar que pode ser integrado a sistemas biológicos reais, os pesquisadores o avaliaram em uma série de experimentos em ratos. Esses experimentos incluíram um teste de transmissão ex vivo em um nervo aferente e um teste de resposta muscular in vivo por meio da estimulação de um nervo eferente. Os resultados de ambos os experimentos foram muito promissores, confirmando a possibilidade de integração do sistema dentro de sistemas biológicos reais.
“Nós mostramos em um teste ex vivo que a transmissão não distorcida dos sinais de saída através de uma fibra nervosa tátil aferente de camundongo é possível, e em um teste in vivo que os sinais podem estimular um nervo motor de rato para induzir a contração de um músculo do membro posterior,” Chun e seus colegas explicaram em seu artigo.
Além de testar sua pele artificial integrando-a com sistemas biológicos reais, os pesquisadores avaliaram sua capacidade de analisar e reconhecer a textura das superfícies. Para fazer isso, eles laminaram cristas artificiais que imitam a estrutura da ponta de um dedo humano em seu dispositivo T-skin. Eles descobriram que este sistema pode detectar padrões texturais complexos. Além disso, a equipe combinou isso com uma técnica de aprendizado profundo que pode classificar estruturas de superfície, alcançando uma notável precisão de classificação de textura de 99,1%.
“Usamos nosso sistema de detecção tátil para desenvolver um dedo artificial que pode aprender a classificar texturas finas e complexas integrando os sinais do sensor com uma técnica de aprendizado profundo”, explicaram os pesquisadores em seu artigo. “A abordagem também pode ser usada para prever texturas desconhecidas com base no modelo treinado.”
No futuro, o sistema de detecção tátil artificial desenvolvido por esta equipe de pesquisadores poderá ser integrado a sistemas robóticos existentes ou recentemente desenvolvidos para replicar o sentido humano do tato. Isso pode melhorar significativamente seu desempenho em tarefas que envolvem tocar, agarrar e manipular objetos.
Publicado em 26/06/2021 23h19
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