El desarrollo de sistemas robóticos autónomos con capacidades de percepción similares a las humanas es de gran importancia para la salud pública, el control de la seguridad, la protección medioambiental y agrícola, etc.
El uso de las capacidades de detección táctil de este tipo de sistema robótico puede evitar en gran medida que los humanos queden expuestos a peligros cuando trabajan en entornos extremos y peligrosos.
Recientemente, investigadores científicos han desarrollado una interfaz hombre-máquina impulsada por IA y basada en una suave piel electrónica. El sistema tiene las características de impresión completa y producción en masa, y puede promoverse y aplicarse aún más a otras plataformas de detección remota.
El 1 de junio, se publicó un artículo relacionado en Science Robotics con el título "All-printed soft human-machine interface for robotic physicochemical sensing" (Interfaz hombre-máquina suave totalmente impresa para detección fisicoquímica robótica) en [1].
Yu You, profesor asistente permanente en la Escuela de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shanghai y director del Laboratorio de Análisis Médico Inteligente y Bioelectrónica Flexible, es el primer autor, y el autor correspondiente es Gao Wei, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Médica del Instituto de Tecnología de California.
Se entiende que el sistema de detección hombre-máquina se llama M-Bot. La forma en que funciona es recolectar primero las señales electromiográficas de la superficie del cuerpo humano y luego utilizar algoritmos de aprendizaje automático para decodificar las señales. y finalmente lograr el control remoto. El propósito del robot. Al mismo tiempo, la piel electrónica de la mano del robot puede realizar sensores de proximidad y mapeo sensorial del tacto y la temperatura, y realizar muestreos in situ asistidos por hidrogel y análisis en tiempo real de compuestos tóxicos en fase de solución y en fase seca con el asistencia de sensores químicos.
Actualmente existen muchos compuestos tóxicos que requieren una estricta supervisión, como pesticidas, explosivos o agentes nerviosos químicos, que pueden provocar enfermedades neurológicas, infertilidad, etc., e incluso provocar la muerte. La urgencia de resolver este problema promueve aún más el desarrollo de sistemas robóticos controlables de interacción persona-computadora.
La tecnología de detección de robots anterior se centraba principalmente en monitorear parámetros físicos como la presión y la temperatura. Sin embargo, el desarrollo de sensores químicos que pueden detectar sustancias como pesticidas, agentes nerviosos y patógenos de enfermedades infecciosas aún no está maduro.
El sistema de interfaz hombre-máquina desarrollado esta vez por los investigadores demuestra una amplia gama de aplicaciones en la piel electrónica en detección física y química.
M-Bot puede realizar la detección de compuestos amenazantes in situ en entornos peligrosos, como rastrear eficazmente trazas de compuestos dañinos y proporcionar alertas táctiles interactivas a las personas cuando se detecta contaminación a través de algoritmos inteligentes de toma de decisiones. .
La epidemia de COVID-19 sigue prevaleciendo en todo el mundo. Esta herramienta también se puede ampliar para monitorear bacterias patógenas como el SARS-CoV-2 para evitar el contacto directo con los pacientes, desempeñando así un papel en la lucha. efecto contra las enfermedades infecciosas.
Para que los robots se implementen de forma eficaz, deben poder interactuar con el entorno. La piel electrónica se considera una interfaz ideal entre los productos electrónicos y el cuerpo humano/robot debido a su alta flexibilidad y adaptabilidad.
Sin embargo, actualmente los sistemas de monitorización de robots multifuncionales basados en piel electrónica todavía presentan ciertas limitaciones y dificultades.
La mayoría de los métodos de detección rápida de compuestos peligrosos requieren pasos manuales de preparación de muestras, y es difícil integrar sensores químicos en sistemas robóticos electrónicos basados en la piel, lo que impide que los robots interactúen con los humanos y "sentan" el mundo exterior. . capacidad.
Los manipuladores robóticos requieren retroalimentación táctil, química y de temperatura para manipular objetos arbitrarios en entornos extremos para realizar análisis físicos y químicos precisos.
El sistema de robot sensor M-Bot creado por investigadores como Yu You puede extraer de forma fiable características fisiológicas humanas, controlar con precisión y recibir comentarios de interacción del usuario en tiempo real.
Vale la pena señalar que uno de los problemas que aún deben enfrentar las interfaces electrónicas de piel de hoy en día es que todavía faltan métodos escalables y de bajo costo para fabricar robots delgados, ultraflexibles y multifuncionales. Parches de sensores físicos y químicos.
M-Bot consta de dos parches de piel electrónicos delgados y elásticos, a saber, E-skin-R (interfaz con piel de robot) y E-skin-H (interfaz con piel humana), y tiene potentes características físicas y Capacidades de detección química, capaces de producción en masa y reconfiguración.
Se puede producir de forma rápida y económica utilizando tecnología de impresión de inyección de tinta escalable, de alta velocidad y bajo costo y una gama de tintas de nanomateriales desarrolladas a medida.
Las tintas de nanomateriales funcionales desarrolladas a medida están diseñadas y optimizadas para lograr sensores altamente sensibles y selectivos para analitos objetivo peligrosos específicos. Nanobiosensores impresos recubiertos de hidrogel que permiten un muestreo químico eficiente en fase seca y un análisis rápido de peligros in situ en una plataforma robótica.
Las capacidades de detección de amenazas de M-Bot podrían allanar el camino para la detección química automatizada y permitir la toma de decisiones mediada por máquinas para una variedad de aplicaciones prácticas asistidas por robots.
La integración completa del sistema de detección física y química multicanal simultánea, inalámbrica y de alta velocidad es un requisito clave para la futura implementación y evaluación de campo. La tecnología de detección de robots interactivos hombre-computadora representada por M-Bot proporciona un método eficaz para recopilar datos importantes del cuerpo humano y el entorno circundante para el desarrollo de una piel electrónica suave y avanzada.
Finalmente, Yu You dijo que al integrar sensores multimodales nuevos y de alta densidad, esta tecnología también se puede reconfigurar e implementar fácilmente en muchos dispositivos portátiles y aplicaciones robóticas, y se utilizará en futuros robots inteligentes. Los sistemas juegan un papel clave en el diseño, como mejorar enormemente su conciencia ambiental.
Se entiende que después de que Yu You se graduara con un doctorado del Instituto de Química Aplicada de Changchun de la Academia de Ciencias de China en 2017, fue al Departamento de Ingeniería Médica del Instituto de Tecnología de California para participar en investigación postdoctoral y recientemente regresó a China para unirse al Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shanghai. La universidad se dedica principalmente a la investigación relacionada con la bioelectrónica flexible y los robots médicos.
-Fin-
Referencia:
1. Y.Yu,J.Li,S.Solomon,et al.Hombre-máquina suave totalmente impresa Interfaz para detección fisicoquímica robótica. Science Robotics 7 (2022).
DOI: 10.1126/scirobotics.abn0495
.