El equipo de investigación conjunto POSTECH-UNIST propone un sistema sensorial dinámico que utiliza receptores artificiales que generan señales de espigas. El sistema recién desarrollado permite una respuesta en tiempo real que imita la piel real y consigue una simplicidad estructural.
Podemos coger objetos y dar pasos firmes gracias a la tactilidad de nuestras manos y pies. Así, la piel actúa como un canal que conecta el mundo externo o los estímulos con el cuerpo humano. Cuando estas funciones sensoriales no funcionan correctamente, resulta difícil agarrar o utilizar objetos o, en el peor de los casos, no podemos protegernos de estímulos externos peligrosos como el calor, que puede provocar quemaduras. Por eso es fundamental que la piel eléctrica -que se está desarrollando para la piel artificial o los robots humanoides- sea capaz de reaccionar al entorno externo en tiempo real.
Un equipo de investigación de POSTECH dirigido por el profesor Unyong Jeong y el candidato al doctorado Taeyeong Kim (Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales) en colaboración con el profesor Sung-Phil Kim y el candidato al doctorado Jaehun Kim (Departamento de Ingeniería Biomédica) del UNIST ha desarrollado una piel electrónica que puede percibir el tacto igual que los humanos.
Las pieles electrónicas convencionales sólo podían procesar la información táctil mediante la medición secuencial de las señales eléctricas procedentes del gran número de píxeles configurados en el sensor. Así, los píxeles densamente empaquetados tardaban mucho en medirse, lo que dificultaba la creación de una piel electrónica con una alta resolución espacial que respondiera inmediatamente a los estímulos.
Los receptores sensoriales de la piel1 generan un espectro de señales de espiga2 en forma de potencial eléctrico en respuesta a un estímulo externo y lo reconocen analizando el patrón de la señal en el cerebro. Los investigadores se inspiraron en este mecanismo de generación y reconocimiento de señales del sistema sensorial de la piel para desarrollar un receptor sensorial artificial que genera señales de espiga por sí mismo y crearon una piel electrónica que puede enviar todas las señales simultáneamente para ser analizadas en tiempo real.
Dado que una bioseñal carece de información sobre la ubicación, es difícil reconocer un estímulo externo dinámico en la alta definición espacial. Para superar esta limitación, los investigadores presentaron por primera vez que las señales de espigas artificiales pueden caracterizarse para contener la información de posición. Equipado con esta funcionalidad, el e-skin puede analizar la información espacial, como la posición y el rastro de movimiento, y la información temporal, como la velocidad y el área de contacto dinámico. Dado que todos los receptores artificiales de un e-skin transmiten señales con un solo par de electrodos de medición, la estructura de los electrodos se ha simplificado en comparación con los e-skins convencionales.
Aplicando esta tecnología a un robot real, los investigadores confirmaron que la piel artificial reacciona a los estímulos externos como los humanos.
"Nuestro cuerpo genera constantemente señales eléctricas gracias a la naturaleza flexible de los electrolitos", explicó el profesor Unyong Jeong de POSTECH, coautor del estudio. "Al comprender los mecanismos biosensoriales y desarrollar métodos para actualizarlos con materiales electrolíticos, prevemos que la piel electrónica pueda aplicarse para recuperar la tactilidad en la piel dañada de los pacientes y fabricar robots con capacidad para conectar emocionalmente con los humanos".
El profesor Sung-Phil Kim, del UNIST, el otro autor corresponsal del estudio, señaló: "Convertir los estímulos externos en señales de espigas y procesarlas es una idea innovadora que imita el modo en que el sistema nervioso humano procesa la información". Y añadió: "Si se desarrolla un nuevo modelo de IA utilizando este método de codificación de la información de picos, la inteligencia táctil de los robots puede seguir desarrollándose y aplicarse eficazmente a las tecnologías de semiconductores de próxima generación, como los chips neuromórficos."
Publicado en la revista internacional Science Robotics, este estudio se realizó con el apoyo del Programa de Laboratorios de Investigación Básica y el Programa de Investigación de Convergencia Cerebral a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
1. Receptores
terminaciones nerviosas sensoriales que responden a diversos estímulos
2. Señal de espiga
Señal eléctrica que genera un voltaje y luego desaparece debido a un cambio en la distribución de iones en el receptor cuando hay un estímulo externo.
Más información:
https://www.postech.ac.kr/eng/electronic-skin-that-can-feel-in-real-time/?pageds=1&k=&c= [This is automatically translated from English]