Suéter

Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon crean un tejido y un sistema de detección para medir el contacto y la presión

Universidad de Carnegie mellon

imagen: RobotSweater, desarrollado por un equipo de investigación en el Instituto de Robótica y que se muestra aquí en un brazo robótico, es una "piel" textil tejida a máquina que puede sentir el contacto y la presión.ver más

Crédito: Universidad Carnegie Mellon

Las cualidades que hacen que un suéter de punto sea cómodo y fácil de usar son las mismas cosas que podrían permitir que los robots interactúen mejor con los humanos.

RobotSweater, desarrollado por un equipo de investigación del Instituto de Robótica de la Universidad Carnegie Mellon, es una "piel" textil tejida a máquina que puede sentir el contacto y la presión.

"Podemos usar eso para hacer que el robot sea más inteligente durante su interacción con los humanos", dijo Changliu Liu, profesor asistente de robótica en la Escuela de Ciencias de la Computación.

Así como los tejedores pueden tomar cualquier tipo de hilo y convertirlo en un calcetín, un gorro o un suéter de cualquier tamaño o forma, la tela tejida RobotSweater se puede personalizar para adaptarse a superficies tridimensionales irregulares.

"Las máquinas de tejer pueden modelar hilo en formas que no son planas, que pueden ser curvas o grumosas", dijo James McCann, profesor asistente de SCS cuya investigación se ha centrado en la fabricación textil en los últimos años. "Eso nos hizo pensar que tal vez podríamos hacer sensores que se ajusten a robots curvos o grumosos".

Una vez tejida, la tela se puede usar para ayudar al robot a "sentir" cuando un humano la toca, particularmente en un entorno industrial donde la seguridad es primordial. Las soluciones actuales para detectar la interacción humano-robot en la industria parecen escudos y usan materiales muy rígidos que, según Liu, no pueden cubrir todo el cuerpo del robot porque algunas partes deben deformarse.

"Con RobotSweater, se puede cubrir todo el cuerpo del robot para que pueda detectar posibles colisiones", dijo Liu, cuya investigación se centra en las aplicaciones industriales de la robótica.

El tejido de punto de RobotSweater consta de dos capas de hilo conductor hecho con fibras metálicas para conducir la electricidad. Intercalado entre los dos hay una capa con patrón de encaje en forma de red. Cuando se aplica presión a la tela, por ejemplo, si alguien la toca, el hilo conductor cierra un circuito y los sensores lo leen.

"La fuerza une las filas y las columnas para cerrar la conexión", dijo Wenzhen Yuan, profesor asistente de SCS y director del laboratorio RoboTouch. "Si hay una fuerza a través de las tiras conductoras, las capas se contactarían entre sí a través de los agujeros".

Además de cómo diseñar las capas tejidas, incluidas docenas, si no cientos, de muestras y pruebas, el equipo enfrentó otro desafío al conectar los componentes electrónicos y de cableado al tejido suave.

"Hubo muchos prototipos físicos y ajustes complicados", dijo McCann. "Los estudiantes que trabajaron en esto lograron pasar de algo que parecía prometedor a algo que realmente funcionó".

Lo que funcionó fue envolver los cables alrededor de los broches de presión unidos a los extremos de cada franja en el tejido de punto. Los broches son una solución rentable y eficiente, de modo que incluso los aficionados que crean textiles con elementos electrónicos, conocidos como e-textiles, podrían usarlos, dijo McCann.

"Se necesita una forma de unir estas cosas que sea fuerte, de modo que pueda lidiar con el estiramiento, pero que no destruya el hilo", dijo, y agregó que el equipo también discutió el uso de placas de circuito flexibles.

Una vez instalado en el cuerpo del robot, RobotSweater puede detectar la distribución, la forma y la fuerza del contacto. También es más preciso y efectivo que los sensores visuales en los que confían la mayoría de los robots ahora.

"El robot se moverá en la forma en que el humano lo empuja, o puede responder a los gestos sociales humanos", dijo Yuan.

En su investigación, el equipo demostró que empujar a un robot compañero equipado con RobotSweater le decía en qué dirección moverse o en qué dirección girar la cabeza. Cuando se usaba en un brazo robótico, RobotSweater permitía que la mano de una persona empujara para guiar el movimiento del brazo, mientras que agarrar el brazo le indicaba que abriera o cerrara su pinza.

En investigaciones futuras, el equipo quiere explorar cómo programar reacciones a partir de los movimientos de deslizar o pellizcar que se usan en una pantalla táctil.

El equipo, incluido SCS Ph.D. los estudiantes Zilin Si y Tianhong Catherine Yu, y la estudiante universitaria visitante Katrene Morozov de la Universidad de California, Santa Bárbara, presentarán el trabajo de investigación RobotSweater la próxima semana en la Conferencia Internacional IEEE sobre Robótica y Automatización (ICRA) de 2023.

Iniciado por los tres miembros de la facultad en una conversación durante el almuerzo un día, la colaboración y las especialidades entre el equipo de investigadores ayudaron a que el RobotSweater cobrara vida, dijo McCann.

"Teníamos una persona pensando en la fabricación, una persona pensando en la integración de la robótica, una persona pensando en la detección y una persona pensando en la planificación y el control", dijo. "Es realmente bueno tener este proyecto en el que tenemos la pila completa de personas para cubrir cada inquietud".

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