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Reportaje - Un método de detección táctil inspirado en las vibrisas

Inspirado por las vibrisas de la rata común y de la musaraña etrusca, un equipo de investigadores financiado con fondos europeos desarrolló robots semejantes a roedores y un sistema de detección táctil que podrían utilizarse para dar con personas en edificios en llamas, fabricar aspiradoras más eficientes y mejorar la cirugía mínimamente invasiva.

Economía digital

Los sistemas sensores que imitan el sentido del tacto han recibido una cantidad considerable de atención en los últimos años, principalmente de cara a aplicaciones robóticas. El interés se ha centrado sobre todo en el desarrollo de sensores que imitan de distintas formas la manera en la que los humanos palpan y sienten su entorno, esto es, con la piel y en especial con la yema de los dedos. «La razón principal por la que se exploran los sensores semejantes a las yemas de los dedos es porque los poseemos, pero cualquier tipo de sensor táctil ha de interactuar con objetos y superficies y en este sentido las yemas presentan un problema considerable de desgaste y rotura», explicó Tony Prescott, profesor de neurociencia cognitiva de la Universidad de Sheffield (Reino Unido). Sin embargo, la naturaleza ha creado un dispositivo de detección mucho más resistente y en muchos casos considerablemente más sensible: las vibrisas. «En la naturaleza casi todos los mamíferos excepto los humanos poseen vibrisas; de hecho nosotros las hemos perdido. Las vibrisas son una forma natural de percibir los objetos mediante el tacto», manifestó el profesor Prescott, coordinador del proyecto Biotact. De esta manera, al igual que las biológicas, las vibrisas artificiales proporcionan una gran ventaja sobre otros métodos de detección táctil, tal y como han demostrado el profesor Prescott y un equipo de investigadores de siete países mediante el proyecto (Biotact) (1). Los investigadores del proyecto, que recibieron 5,4 millones de euros de financiación científica de la Comisión Europea, estudiaron ratas, ratones, musarañas etruscas y otros mamíferos para reproducir la manera en la que utilizan sus vibrisas para detectar su entorno, localizar objetos y seguir a sus presas. Su trabajo ha permitido crear un conjunto detector táctil por vibrisas y una serie de robots semejantes a ratas que se desplazan por un espacio guiandose únicamente por el tacto. Esta tecnología podría utilizarse en aplicaciones comerciales tan diversas como las labores de búsqueda y rescate, los electrodomésticos, la comprobación de productos y la medicina. «El primer paso fue conocer cómo utilizan los mamíferos las vibrisas. Una tercera parte del proyecto se dedicó por esta razón a la neurociencia del comportamiento e implicó la grabación de ratas y musarañas mediante cámaras de alta velocidad para observar cómo utilizaban sus vibrisas al mismo tiempo que se medían sus patrones de actividad neuronal», explicó el profesor Prescott. El equipo se dedicó a continuación a reproducir la detección natural por vibrisas en un sistema artificial. Su sistema funciona midiendo la vibración en la base de la vibrisa que provoca el contacto con un objeto o una superficie. Mediante motores en miniatura se logra que las vibrisas, tanto de forma individual como agrupadas en centenares, rocen los objetos del entorno de modo muy similar a como los roedores agitan las suyas a gran velocidad. Los datos remitidos por las vibrisas se analizan mediante software y algoritmos de gran potencia para determinar, por ejemplo, si una superficie es lisa o rugosa, la presencia de una esquina o de una pared, la distancia a un objeto o si un objeto está en movimiento. La mayoría de las especies de roedores poseen un sentido de la vista deficiente y el control activo de las vibrisas les permite ubicar con precisión la punta de éstas y ajustar su movimiento para obtener tanta información como sea posible de un objeto o una superficie. De este modo, pueden valerse únicamente del tacto para explorar su entorno e incluso obtener alimento. Roedores robóticos sólidos para servicios de búsqueda y salvamento Este tipo de detección activa, al aplicarse a los principios de la robótica, mejora considerablemente la precisión y la efectividad de los sensores y permite que un robot perciba su entorno de una manera mucho más precisa que si tuviese que ir chocando torpemente contra los objetos que se encuentra. Además, mientras que las sondas robóticas dotadas de un sistema semejante a los dedos son susceptibles de sufrir daños debido a que los componentes sensores están expuestos al entorno sin intermediarios, la tecnología de Biotact sitúa los componentes electrónicos más frágiles en la base de la vibrisa, evitando de este modo que entren en contacto con los objetos o las superficies exploradas. Las vibrisas artificiales, al igual que las naturales, no dejan de funcionar aunque se rompan o sufran daños y en el caso de las robóticas son fáciles y baratas de reemplazar. Las distintas generaciones de sensores y robots desarrollados por el equipo de Biotact demuestran la efectividad de este sistema. Shrewbot, el último modelo creado por el proyecto, se asemeja a una musaraña y es capaz de orientarse únicamente mediante el tacto. «Shrewbot es incluso capaz de seguir el movimiento de un objeto utilizando únicamente sus vibrisas. No posee sensores visuales ni ningún otro tipo de dispositivo sensor», afirmó el profesor Prescott. «Gracias a la modularidad de la vibrisa artificial de Biotact, es posible su empleo en muy distintos robots y dispositivos. La hemos utilizado en una amplia gama de robots educativos como el sistema Mindstorms de Lego e incluso hemos creado una versión en miniatura que emplea un tipo nuevo de actuador basado en polímeros para mover la vibrisa.» «Nos propusimos que estos sensores fueran tan universales como fuese posible, hasta el punto de poder acercarse a una tienda y comprar uno del mismo modo que se compra hoy en día una cámara web para montarla en cualquier robot o dispositivo», añadió el profesor Prescott. «El precio de la tecnología es todavía relativamente elevado, pero esperamos que baje en el futuro y ya hemos entablado comunicaciones con varios fabricantes que han corroborado que existe interés en la tecnología.» Sin duda la gama de aplicaciones de este sistema es amplia. Un robot como el Shrewbot podría utilizarse para localizar personas atrapadas en edificios en llamas u otros entornos en los que el humo, el polvo o la oscuridad no permiten emplear sistemas de detección óptica. Entre los planes del equipo de Biotact, de cara a un proyecto de continuación, está una versión acuática que podría utilizarse para la inspección de aguas turbias. «En lugar de ratas y musarañas se trataría de focas y morsas, animales que también utilizan sus vibrisas bajo el agua», indicó el coordinador del proyecto. «Distintas empresas dedicadas a labores de desmantelamiento nuclear han mostrado su interés en este sentido pues precisan de dispositivos capaces de inspeccionar piscinas de residuos nucleares y sus aplicaciones también abarcan la industria petrolífera y la arqueología subacuática.» En el ámbito médico los sensores basados en vibrisas podrían, tras una profundización de la investigación relevante, aportar información táctil de alta sensibilidad a los profesionales de la cirugía mínimamente invasiva y distinguir tipos de tejidos como el óseo. En el sector manufacturero, la tecnología de detección podría utilizarse para labores de comprobación de la calidad de los productos o para su clasificación en función de la textura de los materiales que los compongan. Aplicado a las aspiradoras, el sistema podría detectar de manera automática distintas superficies y cambiar su configuración en función de si se encuentra con un suelo de baldosa o con moqueta. La Universidad de Sheffield colabora con el Servicio de Incendios y Rescate del Sur de Yorkshire en una aplicación de la tecnología de actuadores y detectores desarrollada por Biotact que difiere sutilmente de la original y que permitirá desarrollar un casco de bombero que combine detectores de ultrasonidos para orientarse en entornos con humo y actuadores para proporcionar información táctil. La investigación de Biotact fue subvencionada por el Séptimo Programa Marco (7PM) de la Unión Europea mediante el subprograma «Tecnologías futuras y emergentes» (FET). Los resultados de Biotact ilustran la capacidad de este tipo de investigación fundacional y a largo plazo para generar investigaciones en ámbitos distintos y emplear las técnicas logradas en la resolución de problemas distintos a los planteados originalmente. (1) («Tecnología biomimética aplicada al tacto activo mediante vibrisas») Enlaces útiles: - sitio web de Biotact - ficha informativa del proyecto Biotact en CORDIS