Las sensaciones robóticas siguen avanzando con el desarrollo de dispositivos capaces de reproducir el tacto humano. Y un equipo de ingenieros de la Universidad de Glasgow (Escocia) acaba de crear una piel artificial con un nuevo tipo de sistema de procesamiento basado en “transistores sinápticos” que imita las vías neuronales del cerebro para el aprendizaje.

En un nuevo artículo publicado en la revista Science Robotics, los investigadores describen cómo construyeron su prototipo de piel electrónica computacional capaz de aprender detectando el “dolor”, lo que podría ayudar a crear una nueva generación de robots inteligentes con una sensibilidad similar a la humana.

La forma de la piel electrónica se inspira en el modo en que el sistema nervioso periférico humano interpreta las señales de la piel para eliminar la latencia y el consumo de energía. En cuanto la piel humana recibe una entrada, el sistema nervioso periférico comienza a procesarla en el punto de contacto, reduciéndola a sólo la información vital antes de enviarla al cerebro.

Para construir una piel electrónica capaz de ofrecer una respuesta computacionalmente eficiente, similar a la de una sinapsis, los investigadores imprimieron un entramado de 168 transistores sinápticos hechos con nanocables de óxido de zinc directamente sobre la superficie de plástico flexible.

Después, los científicos del Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST) de la Universidad de Glasgow, dirigidos por el profesor Ravinder Dahiya, conectaron el transistor sináptico al sensor de la piel en la palma de una mano robótica totalmente articulada y con forma humana.

Cuando se toca el sensor, éste registra un cambio en su resistencia eléctrica: un pequeño cambio corresponde a un toque ligero, y un toque más fuerte crea un cambio mayor en la resistencia. Esta entrada está diseñada para imitar el funcionamiento de las neuronas sensoriales del cuerpo humano.

“También es importante la forma en que se procesan y transmiten los datos sensoriales, ya que la percepción del tacto depende de un gran número de sensores distribuidos espacialmente por toda la piel. Una forma de hacerlo es desarrollar la piel con sistemas nerviosos periféricos como capacidad para que la piel pueda empezar a procesar en el propio punto de contacto”, explica Dahiya a Metro.

El equipo utilizó la salida variable de ese pico de voltaje para enseñar a la piel las respuestas adecuadas al dolor simulado, lo que haría reaccionar a la mano robótica. Estableciendo un umbral de voltaje de entrada para provocar una reacción, los científicos pudieron hacer que la mano robótica retrocediera ante un pellizco agudo en el centro de la palma. Así, el equipo aprendió a alejarse de una fuente de incomodidad simulada mediante un procesamiento de información integrado que imita el sistema nervioso humano.

Los desarrolladores de la piel electrónica esperan que su creación pueda ser utilizada tanto por robots como por humanos en el futuro.

“Esperamos que la piel electrónica desarrollada en nuestro laboratorio pueda ser utilizada tanto por humanos como por robots humanoides, para recuperar (ganar) la sensación táctil”, concluyó Ravinder Dahiya.

“En el futuro, esta investigación podría ser la base de una piel electrónica más avanzada que permita a los robots ser capaces de explorar e interactuar con el mundo de nuevas maneras, o de construir prótesis capaces de alcanzar niveles de sensibilidad táctil casi humanos”.

—  Fengyuan Liu, miembro del grupo BEST de la Universidad de Glasgow (Escocia) y coautor del artículo.

¿Cómo funciona la piel artificial?

-La piel artificial puede considerarse una estructura en capas con una capa de sensores por encima y la capa electrónica o neural por debajo.

-Los sensores recogen los datos de contacto y la capa neural que hay debajo los procesa en el punto de contacto.

-Los datos parcialmente procesados se envían a los sistemas nerviosos centrales para que tomen decisiones de nivel superior.

Entrevista

Ravinder Dahiya,
profesor de electrónica y nanoingeniería de la Universidad de Glasgow

P: ¿Cómo le inspiró el sistema nervioso periférico humano para crear E-skin?

- La forma en que los sistemas nerviosos periféricos manejan grandes datos es interesante. Aunque hay diferentes opiniones sobre cómo la piel biológica codifica y procesa los datos táctiles, en general se admite que se produce un procesamiento local y ésta es una de las formas en que la piel biológica también es capaz de manejar grandes datos. A nivel de sistema, nuestro trabajo proporciona una posible solución para realizar el aprendizaje/procesamiento “bio-like” utilizando transistores sinápticos.

P: ¿Cómo puede aprender la E-skin a sentir el dolor?

- Nuestro prototipo presenta un sistema de detección táctil compacto y altamente biomimético, capaz de aprender y computar localmente. Imita cómo se adquieren y preprocesan los datos sensoriales en nuestro cuerpo (sistema nervioso periférico) y luego se envían al nivel perceptivo superior (es decir, al sistema nervioso central) para su posterior procesamiento. Como un transistor sináptico impreso que puede aprender durante un periodo de tiempo, es posible detectar el contacto forzado que podría conducir a la sensación de dolor. En el caso del tacto suave, la piel interpreta el tacto que experimentamos a diario. En función de estas condiciones, el robot muestra reflejos.

P: ¿Qué aplicaciones prácticas podría tener su creación?

- El grupo Bendable Electronics & Sensing Technologies pretende desarrollar la próxima generación de pieles electrónicas que puedan funcionar como nuestra piel. Esperamos que la piel electrónica desarrollada en nuestro laboratorio pueda ser utilizada tanto por humanos como por robots humanoides, para recuperar (ganar) la sensación táctil. El concepto de procesamiento similar al neuronal en la piel también es interesante para otras áreas emergentes como el Internet de las Cosas, los sensores distribuidos en las ciudades inteligentes, etc., donde los sensores pueden estar distribuidos en grandes regiones y se puede manejar una gran cantidad de datos de manera más eficiente. Otro aspecto interesante de nuestra investigación es la forma de fabricar la electrónica. Nuestro enfoque se basa en la tecnología de electrónica impresa más avanzada, que es eficiente en cuanto a recursos y también abre interesantes direcciones para la futura electrónica transitoria con cero residuos electrónicos.