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La percezione della morbidezza può essere data per scontata, ma gioca un ruolo cruciale in molte azioni e interazioni: dal giudicare il grado di maturazione di un avocado allo svolgimento di un esame medico o al tenere la mano di una persona cara. Ma comprendere e riprodurre la percezione della morbidezza è impegnativo, perché coinvolge tanti processi sensoriali e cognitivi.
I ricercatori di robotica hanno provato ad affrontare questa sfida con dispositivi tattili, ma i tentativi precedenti non hanno distinto tra due elementi primari della percezione della morbidezza: segnali cutanei (feedback sensoriale dalla pelle del polpastrello) e segnali cinestetici (feedback sulla quantità di forza esercitata sul polpastrello). l’articolazione delle dita).
“Se premi un marshmallow con la punta del dito, è facile capire che è morbido. Ma se metti un biscotto duro sopra quel marshmallow e premi di nuovo, puoi comunque dire che il morbido marshmallow è sotto, anche se il tuo dito tocca una superficie dura,” spiega Mustafa Mete, dottorando nel Laboratorio di Robotica Riconfigurabile della Facoltà di Ingegneria. “Volevamo vedere se potevamo creare una piattaforma robotica in grado di fare lo stesso.”
Con SORI (Softness Rendering Interface), la RRL, guidata da Jamie Paik, ha raggiunto proprio questo. Disaccoppiando i segnali cutanei e cinestetici, SORI ricrea fedelmente la morbidezza di una gamma di materiali reali, colmando una lacuna nel campo della robotica consentendo molte applicazioni in cui la sensazione di morbidezza è fondamentale, dall’esplorazione delle profondità marine alla chirurgia assistita da robot.
La ricerca appare in Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS).
Tutti sentiamo la morbidezza in modo diverso
Mete spiega che gli studi neuroscientifici e psicologici mostrano che i segnali cutanei si basano in gran parte su quanta pelle è a contatto con una superficie, che è spesso correlata in parte alla deformazione dell’oggetto. In altre parole, una superficie che avvolge un’area maggiore del polpastrello verrà percepita come più morbida. Ma poiché i polpastrelli umani variano ampiamente in termini di dimensioni e consistenza, un dito può avere un contatto maggiore con una determinata superficie rispetto a un altro.
“Ci siamo resi conto che la morbidezza che sento io potrebbe non essere la stessa morbidezza che senti tu, a causa delle diverse forme delle nostre dita. Quindi, per il nostro studio, abbiamo dovuto prima sviluppare parametri per le geometrie del polpastrello e della sua superficie di contatto in ordine per stimare i segnali di morbidezza per quel polpastrello”, spiega Mete. Quindi, i ricercatori hanno estratto i parametri di morbidezza da una gamma di materiali diversi e hanno mappato entrambi i set di parametri sul dispositivo SORI.
Basandosi sulla ricerca sui robot origami del marchio RRL, che ha alimentato spin-off per ambienti riconfigurabili e un joystick tattile, SORI è dotato di giunti origami motorizzati che possono essere modulati per diventare più rigidi o più flessibili. Appollaiata sopra le articolazioni c’è una membrana in silicone con fossette. Un flusso d’aria gonfia più o meno la membrana, fino ad avvolgere un polpastrello posto al suo centro.
Con questo nuovo disaccoppiamento tra funzionalità cinestetica e cutanea, SORI è riuscito a ricreare la morbidezza di una serie di materiali – tra cui manzo, salmone e marshmallow – nel corso di diversi esperimenti con due volontari umani. Imitava anche materiali con caratteristiche sia morbide che solide (come un biscotto sopra un marshmallow o un libro rilegato in pelle). In un esperimento virtuale, SORI ha persino riprodotto la sensazione di un cuore che batte, per dimostrare la sua efficacia nel rendere i materiali morbidi in movimento.
La medicina rappresenta quindi un ambito primario di potenziale applicazione di questa tecnologia; ad esempio, per formare gli studenti di medicina a rilevare tumori cancerosi o per fornire un feedback sensoriale cruciale ai chirurghi che utilizzano robot per eseguire operazioni.
Altre applicazioni includono l’esplorazione dello spazio assistita da robot o delle profondità dell’oceano, dove il dispositivo potrebbe consentire agli scienziati di sentire la morbidezza di un oggetto scoperto da una posizione remota. SORI è anche una potenziale risposta a una delle più grandi sfide dell’agricoltura assistita da robot: raccogliere frutta e verdura tenere senza schiacciarle.
“Questo non è destinato a fungere da sensore di morbidezza per i robot, ma a trasferire digitalmente la sensazione del ‘tocco’, proprio come inviare foto o musica”, riassume Mete.
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