Skin-Inspired Magnetoresistive-based Tactile Sensor for Force Characterization in Distributed Areas

O tacto é um sentido indispensável para os organismos mais avançados, em particular para o ser humano, pois fornece informações relativas à forma, dimensões, temperatura e textura do que nos rodeia. Na robótica e automação, a integração de sensores tácteis tem-se tornado cada vez mais relevante, permitindo que os dispositivos interajam adequadamente com o meio envolvente. Este estudo teve como objetivo desenvolver um dispositivo biomimético, inspirado na pele, capaz de detetar uma força aplicada, caracterizá-la em três dimensões e determinar o ponto de aplicação.

O dispositivo foi concebido como uma matriz 4x4 de sensores magnetorresistivos, wire-bonded a uma PCB e encapsulados em epoxy. Estes sensores detetam o campo magnético gerado por um elastómero magnetoreológico sobreposto, composto por Ecoflex e partículas ferromagnéticas de neodímio-ferro-boro de 5 μm. Testes de integridade estrutural demonstraram que o dispositivo suporta forças superiores a 100 N, quando cobertos por 0,12 mL de epoxy por chip.

Uma plataforma de movimento tridimensional equipada com uma ponta de indentação e um sensor de força foi utilizada para recolher dados do dispositivo, utilizados posteriormente para treinar redes neuronais, capazes de prever as características da força aplicada. O modelo de deteção de magnitude foi treinado com 31260 pontos de dados, conseguindo caracterizar a força com um erro absoluto médio entre 0,07 e 0,17 N. O modelo de sensibilidade espacial foi treinado com 171008 pontos e previu a localização da pressão aplicada com um erro absoluto médio de 0,26 mm e 0,63 mm para pontos fora da área de teste.