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Tato artificial

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postado em 29/04/2013 12:20


A superfície sensível: transparente para se adequar a variados produtos  (Georgia Tech/ Gary Meek/Divulgação ) 
A superfície sensível: transparente para se adequar a variados produtos

Enquanto uma pessoa percebe facilmente o cuidado com que deve manusear uma bola de ferro ou uma maçã, um robô pode destruir a fruta macia se não for programado para segurá-la com a precisão necessária. Ainda falta às máquinas o senso de tato, a resposta que indica a pressão causada pelo contato com alguma coisa. Por isso, engenheiros do Instituto de Tecnologia da Geórgia (Georgia Tech), em Atlanta, estão trabalhando num tipo de pele artificial com a mesma sensibilidade humana ao toque. O material, que é transparente e flexível, poderá ser usado para melhorar próteses, telas de smartphones e outras máquinas que respondam ao contato humano.

Para fazer o trabalho dos nervos, que dão às pessoas o tato, os pesquisadores fabricaram uma rede de mais de 8 mil transistores formados de nanofios de óxido de zinco, num processo descrito nesta semana no site Sciencexpress e que, em breve, estará nas páginas da revista Science. Cada uma das minúsculas estruturas funciona como um pixel táctil, o que os engenheiros chamam de taxel. Elas têm um tamanho 120 vezes menor que a espessura de um fio de cabelo e são até mil vezes mais compactas do que outros taxels já fabricados.

O efeito eletrônico que representa o toque na pele inteligente é causado pela piezoeletricidade, expressão que vem do termo piezein (pressionar, em grego). Essa técnica é usada em todo tipo de aparelho, como medidores de pressão, difusores elétricos de repelentes e até mesmo na agulha do toca-discos. Em alguns deles, o efeito mecânico é transmitido em corrente, em outros, a eletricidade se transforma em força por meio do material piezoeletrônico.

O toque de um objeto sobre a estrutura criada pelos engenheiros causa a deformação desses fios, que respondem enviando um sinal elétrico proporcional à força aplicada sobre ele com um tempo de resposta de 0,15 segundo. O atraso ainda é 30 vezes maior do que o detectado na pele humana, mas é suficiente para registrar estímulos dinâmicos, como notar um objeto que roça rapidamente sobre a superfície. “Diferentemente de outros sentidos, o toque continua sendo muito difícil de ser imitado, pedindo pelo desenvolvimento de redes de sensores em grande escala com uma alta resolução espacial, grande sensibilidade e resposta rápida”, resume Zhong Lin Wang, professor do Georgia Tech.

Além de ser mais compacto que outros tipos de pele artificial, o sistema de transistores desenvolvido pelo grupo de pesquisadores, que reúne chineses e norte-americanos, acumula outras funções esperadas para os aparelhos eletrônicos do futuro, como a transparência, a flexibilidade e a autossuficiência de energia.

Segurança

Outra grande vantagem de máquinas com esse tipo de sensibilidade seria a segurança. “Se uma pessoa fizer um movimento brusco e perceber que tocou em alguma coisa, ela para de se deslocar. Um computador não tem isso. Ele não vai parar e pode até decepar o membro de uma pessoa”, exemplifica Fernando Osório, professor do Laboratório de Robótica Móvel da Universidade de São Paulo (USP). É por isso que algumas máquinas usadas em laboratórios e em linhas de montagens são mantidas em isolamento.
Essa preocupação se torna ainda maior quando se pensa em equipamentos mais sociáveis, como os recentes robôs humanoides produzidos para servir de auxílio a idosos ou interagir com crianças. “Alguns deles são bem pequenos e feitos assim para não machucar ninguém. Essa precaução foi tomada por causa desse problema. Eles (os robôs) não percebem, por exemplo, que caíram em cima de alguém”, avalia Osório.

Possibilidades

A invenção de Wang e seus colegas foi dobrada, girada e prensada entre duas superfícies, assumindo um formato de folha transparente. Em um dos testes, os pesquisadores escreveram a letra A sobre a superfície com uma caneta bastante precisa. Primeiro, a escrita foi feita com uma pressão constante, e o sistema acusou o exato formato da letra marcada sobre ele. Depois, o exercício foi repetido, mas, desta vez, a força da caligrafia foi variada ao longo do traço. Mais uma vez, a pele inteligente detectou o exato movimento exercido sobre ela.

“A capacidade de usar os transistores piezoeletrônicos para o registro de assinaturas não apenas grava o padrão da caligrafia quando as pessoas escrevem, mas também registra a pressão aplicada em cada local”, comenta o professor. “Essa capacidade pode essencialmente prover meios de fazer aplicações no reconhecimento de assinaturas pessoais com o máximo de segurança.”

Além de aparelhos que guardam assinaturas em forma eletrônica, a pele inteligente pode ser aplicada em próteses equipadas com o senso do tato semelhante ao humano ou mesmo em robôs que imitem os gestos de pessoas. Outra aplicação seriam os displays como os usados em smartphones e em tablets, resultando em dispositivos móveis que respondam de forma variada aos diferentes tipos de toques.

Sensor de pressão super-resistente
A placa criada em Harvard: nem uma martelada desmonta o aparelho (TakkTile/Divulgação ) 
A placa criada em Harvard: nem uma martelada desmonta o aparelho

Outro projeto que pretende dotar as máquinas com o tato é uma pequena placa eletrônica chamada TakkTile, desenvolvida na Universidade de Harvard. O projeto teve início há dois anos, quando alunos da instituição descobriram que construir um robô sensível ao toque para estudos era muito caro e trabalhoso. Insatisfeitos, eles tentaram desenvolver um novo tipo de pele robótica e acabaram construindo um sistema eficiente e barato com peças disponíveis no mercado.

A solução encontrada pelos então estudantes de doutorado usa uma estrutura de borracha coberta de pequenos barômetros da espessura de uma moeda. As peças traduzem a pressão em um gráfico digital similar ao de um monitor cardíaco hospitalar. “Quando colocados na borracha, esses barômetros sentem forças aplicadas na superfície do material. Os barômetros têm uma pequena membrana que se deforma sob pressão. Os eletrônicos dentro dele medem essas deformações e as converte em números digitais”, explica Yaroslav Tenzer, um dos criadores do sistema e pesquisador do Laboratório de Biorrobótica de Harvard.

A rede de sensores consegue até mesmo diferenciar alguns tipos de texturas, por meio da vibração causada pelo atrito com o material. Se aplicado a uma mão mecânica, o sistema poderia resultar em um robô capaz de segurar um balão sem estourá-lo ou até mesmo usar uma chave para abrir uma porta.

Durabilidade


Além disso, mesmo pequenos, os sensores são tão resistentes que podem ser usados em fábricas automatizadas que trabalhem com grandes peças. Um vídeo no site da empresa mostra um grande haltere de 12kg sendo apoiado em uma placa de TakkTile do tamanho de uma cédula de dinheiro, e o peso causa apenas um pico na tela que registra o que o aparelho sentiu. Nem mesmo a pancada de um martelo estraga o material. “O sensor é muito forte, porque a maior parte do impacto é absorvido pela cobertura de metal. Apenas pequenas forças passam pela membrana do sensor”, aponta Tenzer.

O trabalho universitário virou produto e seus criadores abriram uma empresa para vender e divulgar o trabalho. Os criadores do aparelho antecipam seu uso em mãos robóticas, dispositivos médicos e até mesmo brinquedos que reajam ao toque de crianças. A invenção já foi colocada à disposição de inventores e desenvolvedores, para que testem e adaptem o uso. (RM)
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