I robot possono ora “sentire” la forza del loro tocco tramite il colore. I ricercatori dell’Ateneo fiorentino – in collaborazione con gli scienziati della Queen Mary University of London – hanno sviluppato un innovativo sensore tattile in grado di trasformare le forze meccaniche in variazioni di colore osservabili in tempo reale, aprendo nuove prospettive per la robotica, la manifattura avanzata e le tecnologie biomedicali.
Il progetto è stato presentato in un articolo pubblicato sulla prestigiosa rivista Science Advances, dal titolo “High-Resolution Real-Time Mechanochromic Tactile Sensors” (DOI: 10.1126/sciadv.aee5236).
Emulare in un arto robotico la percezione tattile umana (che sfrutta oltre 10.000 meccanorecettori presenti nella pelle della mano) rimane una sfida complessa. La ricerca nasce dall’esigenza di superare i limiti dei sistemi tattili convenzionali. Le soluzioni ad alta risoluzione richiedono infatti generalmente notevoli risorse computazionali per ricostruire la geometria del contatto, introducendo ritardi nell’elaborazione. I sistemi più rapidi, al contrario, tendono a sacrificare il dettaglio spaziale. Il nuovo approccio mira a combinare entrambe le caratteristiche.
“A differenza dei sensori tattili tradizionali, la nostra soluzione permette una rilevazione diretta, immediata e ad alta risoluzione della distribuzione delle deformazioni di contatto” afferma Federico Carpi, docente di Bioingegneria presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale (DIEF) e responsabile del progetto. “Il sistema, infatti, sfrutta materiali in grado di convertire deformazioni e pressioni in pattern cromatici dinamici. Quando un oggetto viene a contatto con la superficie del sensore, il materiale sensibile genera colori strutturali distribuiti nello spazio che possono essere acquisiti da una comune videocamera, fornendo mappe di contatto immediate, accurate e che non necessitano di complessi algoritmi di ricostruzione”.
“Prevediamo di applicare questa nuova tecnologia – prosegue Carpi – per sensorizzare, ad esempio, pinze e mani robotiche capaci di afferrare o manipolare componenti piccoli o delicati con la precisione richiesta nei processi produttivi avanzati, dove anche minime variazioni di forza risultano determinanti. In ambito sanitario, inoltre, questa tecnologia potrebbe fornire ai sistemi chirurgici minimamente invasivi la capacità di rilevare informazioni tattili dettagliate sulle distribuzioni di pressione durante l’interazione dello strumento con organi e tessuti”.
“Siamo riusciti a visualizzare persino le creste delle impronte digitali di un polpastrello, un risultato che le tecnologie esistenti faticano a raggiungere con la stessa densità di informazione e semplicità di implementazione” spiega Giacomo Sasso, primo autore dell’articolo, che ha sviluppato l’idea durante le sue attività di ricerca come post-doc presso lo SMART lab di Unifi, e ora Postdoctoral Researcher alla Queen Mary University of London.
“L’idea alla base del progetto è stata quella di spostare il processo di rilevamento all’interno del materiale stesso, trasformando direttamente gli stimoli meccanici in segnali ottici” aggiunge l’assegnista DIEF Alessandro Pagani, che ha partecipato al progetto.
“Il principale vantaggio del sistema – conclude Carpi – consiste nel fatto che l’informazione tattile è già codificata in modo diretto nell’informazione cromatica proveniente dal materiale del sensore, evitando la necessità di elaborazioni complesse: il fenomeno tattile può essere osservato direttamente”.
