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 del Instituto de Robótica y que se muestra aquí en un brazo robótico, es una "piel" textil tejida a máquina que puede detectar 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 que podrían permitir a los robots interactuar 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 detectar 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 Facultad de Ciencias de la Computación.

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

"Las máquinas de tejer pueden modelar hilos 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 fabricar sensores que se ajusten a robots curvos o abultados".

Una vez tejida, la tela se puede utilizar para ayudar al robot a "sentir" cuando un humano la toca, especialmente en un entorno industrial donde la seguridad es primordial. Las soluciones actuales para detectar la interacción entre humanos y robots en la industria parecen escudos y utilizan 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, por lo que puede 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 elaborado con fibras metálicas para conducir la electricidad. Intercalada entre los dos hay una capa con diseño de encaje en forma de red. Cuando se aplica presión a la tela (por ejemplo, cuando alguien la toca), el hilo conductor cierra un circuito y los sensores lo leen.

"La fuerza junta las filas y 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 franjas conductoras, las capas entrarían en contacto 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 el cableado y los componentes electrónicos al tejido suave.

"Hubo muchos ajustes y prototipos físicos 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 broches sujetos a los extremos de cada franja del tejido de punto. Las instantáneas son una solución rentable y eficiente, de modo que incluso los aficionados que crean textiles con elementos electrónicos, conocidos como e-textiles, podrían utilizarlas, dijo McCann.

"Se necesita una forma de unir estas cosas que sea fuerte, de modo que pueda soportar el estiramiento, pero que no destruya el hilo", dijo, y agregó que el equipo también discutió el uso de placas de circuitos 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 eficaz que los sensores visuales en los que confían la mayoría de los robots actualmente.

"El robot se moverá de 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 indicaba en qué dirección moverse o en qué dirección girar la cabeza. Cuando se usaba en un brazo robótico, RobotSweater permitía que un empujón de la mano de una persona guiara el movimiento del brazo, mientras que al agarrar el brazo le decía que abriera o cerrara su pinza.

En investigaciones futuras, el equipo quiere explorar cómo programar reacciones a partir de movimientos de deslizar o pellizcar utilizados 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 de RobotSweater la próxima semana en la Conferencia Internacional IEEE sobre Robótica y Automatización (ICRA) de 2023.

La colaboración y las especialidades entre el equipo de investigadores, iniciadas por los tres miembros de la facultad en una conversación durante el almuerzo de un día, 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 contamos con todo el personal necesario para cubrir cada inquietud".

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