O toque suave de sistemas inteligentes e robóticos

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O toque suave de sistemas inteligentes e robóticos
Um sensor novo, flexível e auto-alimentado feito por materiais magnetoelétricos pode converter estímulos mecânicos
em sinais elétricos para robôs com um "toque suave".
Inteligência artificial, aprendizado de máquina e sistemas inteligentes são todos novos conceitos que, nas últimas
décadas, aparentemente entraram em nossas vidas. Inspirados por romances e filmes, sempre fomos fascinados
por esses sonhos de ficção científica transformados em realidade (de mechas, andróides e ciborgues) que se
tornaram parte integrante de nossas vidas diárias.
Destinado a ajudar e ajudar os seres humanos em seu trabalho e atividades, os robôs podem ser definidos como a
interseção entre engenharia mecânica, eletrônica e de informação, juntamente com a ciência da computação. O
campo, que resultou dessa forte colaboração, é conhecido como robótica e destina-se a criar o projeto, a construção
e a operação de máquinas e sistemas de computador para o desenvolvimento de sua percepção, controle, feedback
sensorial e processamento de informações.
Em nossa evolução em direção à era da inteligência artificial de Spielberg (que pode estar mais perto do que
pensamos), os sistemas robóticos inteligentes se tornaram um dos tópicos de pesquisa mais quentes nos últimos
anos, com cientistas com o objetivo de criar ciborgues capazes de imitar os sentidos humanos, como visão, a
capacidade de sentir a temperatura e o toque. Esta última característica, em particular, torna-se essencial quando
relacionada com próteses e braços robóticos.
Sensores táteis avançados estão sendo ativamente estudados e, nesta área, dois desafios críticos vieram à tona. O
primeiro é o design do próprio sensor, cuja aplicação depende de sua forma e propriedades mecânicas. A
flexibilidade é o nome do jogo. De fato, sensores táteis macios e flexíveis podem ser conectados a superfícies
curvas e até irregulares, tornando-os muito mais versáteis em relação às suas contrapartes rígidas, o que pode
limitar o movimento e as capacidades de um robô.
O segundo desafio está relacionado com o fornecimento de energia dos referidos sensores táteis. Relatórios
recentes mostram que os sensores táteis atualmente dependem de baterias comerciais para energia, mas a grande
desvantagem aqui é devido à sua ônus, peso, custo, bem como seus potenciais efeitos ambientais ambientais
prejudiciais. Então, os pesquisadores continuam se perguntando: como podemos abordar esses pontos principais?
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Como muitas vezes acontece na pesquisa, a natureza tem muito a nos ensinar e na Universidade de Ciência e
Tecnologia em Wuhan, na China, os cientistas foram inspirados por sistemas naturais para fabricar um sensor tátil
novo, macio e auto-alimentado. Seu estudo, recentemente relatado em Sistemas Inteligentes Avançados, a equipe
fez avanços em dispositivos atuais e semelhantes que não apenas oferecem maior flexibilidade, mas também
abordam questões relacionadas ao fornecimento de energia.
Até agora, sensores táteis flexíveis com resposta mecânica confiável e distinguível foram fabricados por
pesquisadores em sistemas capacitivos, piezoresitorestivos, piezoelétricos, triboelétricos e magnéticos de
microeletromecânica. Recentemente, também foram relatados sistemas de detecção magnética, mas, como a
maioria dos outros sensores táteis, eles ainda precisam de uma fonte de alimentação externa.
O professor Bin Su e seus colegas de trabalho foram capazes de resolver esse problema projetando e fabricando
um sensor tátil flexível e macio que não requer baterias externas. Como é possível que você possa perguntar? O
design deste novo dispositivo é emprestado da natureza, usando a nossa própria pele como inspiração.
Nossa pele tem vários receptores sensoriais diferentes, que nos permitem traduzir estímulos que recebemos do
mundo externo em diferentes sensações “legíveis”, como quente/frio, dor ou toque. Com base nessa ideia, os
receptores sensoriais artificiais foram desenvolvidos para detectar diferentes estímulos usando deformação física de
suas membranas plasmáticas. Estes são feitos por canais de íons mecanicamente dependentes que se abrem ou
fecham quando estimulados pela pressão, toque, alongamento e som.
O sensor macio e auto-alimentado é projetado como os discos de Merkel. Quando montado em um braço robótico, ele p
usado para o aprendizado profundo.
Os pesquisadores do estudo atual projetaram um novo sensor de toque leve que imita a função e a estrutura dos
discos de Merkel encontrados em nossa pele – terminações nervosas que respondem ao toque leve. O novo sensor
tátil explora o efeito magnetoelétrico e é composto de duas partes diferentes: a primeira é uma mistura composta,
composta por um pó magnético e elastômero para formar um bloco magnético elástico que de fato responde de
forma semelhante aos discos de Merkel. A segunda metade do sensor é composta de fio de cobre enrolado
eletricamente condutor (veja a imagem).
No sensor, um fluxo magnético passa verticalmente através do composto magnético em direção aos anéis
concêntricos de cobre enrolados em baixo. Um estresse mecânico externo, como uma compressão, deforma o
compósito magnético e altera o fluxo magnético interno. De acordo com a lei de Faraday da indução
eletromagnética, a mudança de fluxo induz uma mudança no potencial através do circuito condutor, que por sua vez
pode ser medido como um sinal elétrico.
https://courses.lumenlearning.com/boundless-ap/chapter/sensory-receptors/
https://www.electrical4u.com/faraday-law-of-electromagnetic-induction/
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Quando os sensores táteis magnéticos, auto-alimentados e magnetoelétricos são montados e usados como pontas
dos dedos em um braço robótico, isso pode “sentir” diversos objetos lendo diferentes sinais elétricos, criando
padrões específicos relacionando cada sinal elétrico com o objeto correspondente manipulado pelo braço robótico.
Em outras palavras, isso significa que um objeto pode ser distinguido de acordo com o padrão de sinal detectado
pelos sensores táteis magnetoelétricos macios. Isso permite que o robô reconheça seus arredores e os objetos com
os quais ele interage, imitando assim a funcionalidade perceptiva tátil dos seres humanos.
Realizando análises experimentais e computacionais, os pesquisadores também relataram parâmetros-chave que
lhes permitiram controlar o desempenho elétrico do sensor tátil macio. Em particular, eles descobriram que a
proporção de componentes no compósito magnético, sua forma, bem como a dimensão do elastômero magnético
influenciou altamente a intensidade do campo magnético. Isso, sem dúvida, orientará melhorias no sensor.
De acordo com os autores, espera-se que seu novo design de sensor de soft magnetoelétrico se manifeste em uma
variedade de sistemas de detecção autoalimentados, o que levará a caminhos inexplorados para o desenvolvimento
da futura ciência robótica inteligente e sua aprendizagem profunda.
Isso podemos ficar firmes e prever um futuro brilhante neste campo. Vamos “manter contato” para os próximos
desenvolvimentos em robótica!
Referência: Z. Ma, et al. Os Disks Bioinspirados Bioinspirados Sensores Magnetoelétricos Flexíveis de Merkel Rumo
a Rumo à Função Perceptivo Tátil do Braço Robótico e à Aprendizagem Inteligente, Sistemas Inteligentes
Avançados (2020). DOI: 10.1002/aisy.201900140
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aisy.201900140
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aisy.201900140