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Sensor táctil

El SynTouch BioTac, [ 1 ] un sensor táctil multimodal modelado a partir de la yema del dedo humano. El sensor uSkin de XELA Robotics es un sensor táctil de 3 ejes de alta densid...

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El SynTouch BioTac, [ 1 ] un sensor táctil multimodal modelado a partir de la yema del dedo humano.
Sensor táctil de 3 ejes de alta densidad en un paquete delgado, suave y duradero, con un mínimo de cableado. La integración de uSkin en la mano Allegro le proporciona el sentido del tacto humano.
El sensor uSkin de XELA Robotics es un sensor táctil de 3 ejes de alta densidad en un paquete delgado, suave y duradero, con un cableado mínimo.
Un sistema de sensores táctiles PPS (TactileHead) diseñado para cuantificar la presión ejercida sobre la cabeza humana.
Sistema de sensores táctiles PPS (TactileHead [ 2 ] ) diseñado para cuantificar la distribución de la presión sobre la cara y la cabeza. Útil para optimizar el diseño ergonómico de cascos y gafas.

Un sensor táctil es un dispositivo que mide la información derivada de la interacción física con su entorno. Los sensores táctiles suelen estar inspirados en el sentido biológico del tacto cutáneo , capaz de detectar estímulos mecánicos, de temperatura y dolor (aunque la detección del dolor no es común en los sensores táctiles artificiales). Se utilizan en robótica , hardware informático y sistemas de seguridad . Una aplicación común de los sensores táctiles se encuentra en las pantallas táctiles de teléfonos móviles y ordenadores .

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

Usos

Los sensores táctiles están presentes en la vida cotidiana, como en los botones de los ascensores y en las lámparas que se atenúan o se iluminan al tocar la base.

Los sensores que miden cambios muy pequeños deben tener una sensibilidad muy alta. Deben diseñarse para que su efecto sobre la medición sea mínimo; reducir su tamaño suele mejorar este aspecto y puede ofrecer otras ventajas. Los sensores táctiles se pueden utilizar para probar el rendimiento de todo tipo de aplicaciones. Por ejemplo, se han utilizado en la fabricación de automóviles (frenos, embragues, juntas de puertas, empaquetaduras ), laminación de baterías , uniones atornilladas, pilas de combustible , etc.

La imagen táctil , como modalidad de diagnóstico por imagen médica, traduce la sensación del tacto en una imagen digital y se basa en sensores táctiles. Esta técnica imita fielmente la palpación manual, ya que la sonda del dispositivo, con una matriz de sensores de presión en su superficie, actúa de forma similar a los dedos humanos durante un examen clínico, deformando el tejido blando y detectando los cambios resultantes en el patrón de presión.

Los robots diseñados para interactuar con objetos que requieren manipulación con precisión, destreza o interacción con objetos inusuales, necesitan un aparato sensorial funcionalmente equivalente a la capacidad táctil humana. Se han desarrollado sensores táctiles para su uso con robots. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] Los sensores táctiles pueden complementar los sistemas visuales al proporcionar información adicional cuando el robot comienza a agarrar un objeto. En este punto, la visión ya no es suficiente, ya que las propiedades mecánicas del objeto no pueden determinarse solo con la vista. Determinar el peso, la textura, la rigidez , el centro de masa , la curvatura, el coeficiente de fricción y la conductividad térmica requiere interacción con el objeto y algún tipo de detección táctil.

En robots de distintos tipos se utilizan diversas clases de sensores táctiles para tareas que abarcan desde la evitación de colisiones hasta la manipulación. Algunos métodos para la localización y el mapeo simultáneos se basan en sensores táctiles. [ 7 ]

matrices de sensores de presión

Los conjuntos de sensores de presión son grandes cuadrículas de tactels. Un "tactel" es un "elemento táctil". Cada tactel es capaz de detectar fuerzas normales. Los sensores basados ​​en tactels proporcionan una "imagen" de alta resolución de la superficie de contacto. Junto con la resolución espacial y la sensibilidad a la fuerza, son importantes cuestiones de integración de sistemas como el cableado y el enrutamiento de señales. [ 8 ] Los conjuntos de sensores de presión están disponibles en forma de película delgada . Se utilizan principalmente como herramientas analíticas en los procesos de fabricación e I+D por ingenieros y técnicos, y se han adaptado para su uso en robots. Ejemplos de dichos sensores disponibles para los consumidores incluyen conjuntos construidos con caucho conductor , [ 9 ] titanato de zirconato de plomo (PZT), fluoruro de polivinilideno (PVDF), PVDF-TrFE, [ 10 ] FET , [ 11 ] y elementos de detección capacitiva metálica . [ 12 ] [ 13 ] .

Sensores táctiles basados ​​en tecnología óptica

Se han desarrollado varios tipos de sensores táctiles que aprovechan la tecnología de las cámaras para proporcionar datos de alta resolución. Un ejemplo clave es la tecnología Gelsight, desarrollada inicialmente en el MIT, que utiliza una cámara detrás de una capa de gel opaco para lograr una retroalimentación táctil de alta resolución. [ 14 ] [ 15 ] El sensor Samsung "See-through-your-skin" (STS) utiliza un gel semitransparente para producir imágenes táctiles y ópticas combinadas. [ 16 ]

Rosetas de galgas extensométricas

Las rosetas de galgas extensométricas se construyen a partir de múltiples galgas extensométricas , cada una de las cuales detecta la fuerza en una dirección específica. Al combinar la información de cada galga extensométrica, se puede determinar un patrón de fuerzas o pares. [ 17 ]

La E-Antenna, [ 6 ] una antena electrónica robusta, bioinspirada y sensible a estímulos omnidireccionales para la percepción inducida por el tacto.

Sensores táctiles de inspiración biológica

Se han sugerido diversos diseños inspirados en la biología, desde sensores simples similares a bigotes que miden solo un punto a la vez [ 18 ] hasta sensores más avanzados similares a las yemas de los dedos [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ], e incluso sensores completamente similares a la piel, como los del último iCub . Los sensores táctiles inspirados en la biología suelen incorporar más de una estrategia de detección. Por ejemplo, podrían detectar tanto la distribución de presiones como el patrón de fuerzas que provendrían de conjuntos 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 la detección de vibraciones , la cual se ha determinado que es importante para comprender las interacciones entre el sensor táctil y los objetos cuando el sensor se desliza sobre ellos. Ahora se entiende que dichas interacciones son importantes para el uso humano de herramientas y para juzgar la textura, incluso la curvatura, de un objeto. [ 19 ] [ 6 ] Un sensor de este tipo combina la detección de fuerza, la detección de vibraciones y la detección de transferencia de calor. [ 1 ]

Un sensor táctil de inspiración biológica permite a los robots percibir su entorno con una precisión de 1,76°, lo que posibilita la navegación a ciegas y el reconocimiento de texturas. [ 6 ]

Sensores táctiles de hardware abierto y para proyectos de bricolaje

Recientemente, se ha liberado como hardware abierto un sofisticado sensor táctil , lo que permite a entusiastas y aficionados experimentar con una tecnología que de otro modo sería costosa. [ 22 ] Además, con la llegada de las cámaras ópticas económicas, se han propuesto nuevos sensores que se pueden construir de forma fácil y económica con una impresora 3D. [ 23 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 "Tecnología de sensores – SynTouch, Inc." . www.syntouchllc.com . 6 de octubre de 2020.
  2. ^ Dobie, Gordon (7 de mayo de 2021). "TactieHead" .
  3. ↑ . Los sensores táctiles también se presentan en forma de películas indicadoras de presión que revelan la distribución y magnitud de la presión entre superficies en contacto mediante 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 fueron expuestas. Se activan mediante una 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 la exploración eficiente de formas hápticas 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. ↑ Moringen, Alexandra; Fleer, Sascha; Walck, Guillaume; Ritter, Helge (2020). «Aprendizaje robótico de interacción háptica basado en la atención» (PDF) . Haptics: Science, Technology, Applications . Lecture Notes in Computer Science. Vol. 12272. pp. 462–470 . doi : 10.1007/978-3-030-58147-3_51 . ISBN   978-3-030-58146-6. S2CID 220069113 . 
  6. 1 2 3 4 Ren, Hao; Yang, Liu; Chang, Hong-Yuan; Zhang, Tieshan; Li, general; Yang, Xiong; Tang, Yifeng; Shang, Wanfeng; Shen, Yajing (1 de abril de 2025). "Una antena electrónica robusta y omnidireccional para la percepción inducida por el tacto" . Comunicaciones de la naturaleza . 16 (1): 3135. Código Bib : 2025NatCo..16.3135R . doi : 10.1038/s41467-025-58403-3 . ISSN 2041-1723 . PMC 11961737 . PMID 40169692 .   
  7. ↑ Fox, Charles, et al. " SLAM táctil con un robot biomimético con bigotes ". Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización de 2012. IEEE, 2012.
  8. ↑ Dahiya, RS; Metta, G.; Valle, M.; Sandini, G. (2010). "Detección táctil: de humanos a humanoides - Revistas y publicaciones del IEEE" . IEEE Transactions on Robotics . 26 (1): 1– 20. doi : 10.1109/TRO.2009.2033627 . S2CID 14306032 . 
  9. ↑ Shimojo, M.; Namiki, A.; Ishikawa, M.; Makino, R.; Mabuchi, K. (2004). "Una lámina sensora táctil que utiliza caucho conductor de presión con método de costura de cables eléctricos – IEEE Journals & Magazine". IEEE Sensors Journal . 4 (5): 589– 596. doi : 10.1109/JSEN.2004.833152 . S2CID 885827 . 
  10. ^ 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 . 
  11. ↑ Dispositivos de detección táctil de transistores de efecto de campo de óxido semiconductor piezoeléctrico
  12. ↑ Dobie, Gordon (7 de mayo de 2021). "Sensores capacitivos PPS" . PPS . Consultado el 7 de mayo de 2021 .
  13. ↑ Dobie, Gordon (7 de mayo de 2021). "Sensores táctiles capacitivos SingleTact" .
  14. ↑ 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 estereoprofilometría basada en gel" . Journal of Anatomy . 235 (2): 346– 356. doi : 10.1111/joa.13003 . ISSN 1469-7580 . PMC 6637707. PMID 31099429 .   
  15. ↑ Wainwright, Dylan K.; Lauder, George V.; Weaver, James C. (2017). "Imágenes de la topografía de superficies biológicas in situ e in vivo" . Methods in Ecology and Evolution . 8 (11): 1626– 1638. Bibcode : 2017MEcEv...8.1626W . doi : 10.1111/2041-210X.12778 . ISSN 2041-210X . S2CID 89811965 .  
  16. ↑ Hogan, Francois (5 de enero de 2021). "Viendo a través de la piel: reconociendo objetos con un novedoso sensor visuotáctil" . PPS . Consultado el 11 de octubre de 2021 .
  17. ↑ "Hoja de datos del Schunk FT-Nano 43, un sensor de fuerza y ​​par de 6 ejes" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 24 de septiembre de 2015. Consultado el 4 de noviembre de 2011 .
  18. ↑ 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.
  19. 1 2 Fishel, Jeremy A.; Santos, Veronica J.; Loeb, Gerald E. (2008). "Un sensor de microvibración robusto para yemas de dedos biomiméticas". Un sensor de microvibración robusto para yemas de dedos biomiméticas – Publicación de la Conferencia IEEE . págs. 659–663 . doi : 10.1109/BIOROB.2008.4762917 . ISBN  978-1-4244-2882-3. S2CID 16325088 . 
  20. ↑ "Desarrollo de un sensor táctil basado en codificación de bordes de inspiración biológica - Publicación de la Conferencia IEEE" . IEEE : 1–6 de junio de 2009.
  21. ↑ 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. S2CID 5774626 . 
  22. ↑ "Construyéndolo – TakkTile" . www.takktile.com . Archivado del original el 28 de enero de 2021. Consultado el 21 de julio de 2015 .
  23. ↑ «Exhor/punta de baño» . GitHub .
  • Automatización y Robótica
  • Sensores táctiles y resistivos. Archivado el 7 de noviembre de 2009 en Wayback Machine.