Sensore tattile

Un sensore tattile è un dispositivo che misura le informazioni derivanti dall’interazione fisica con il suo ambiente. I sensori tattili sono generalmente modellati sulla base del senso biologico del contatto cutaneo che è in grado di rilevare gli stimoli derivanti da stimolazione meccanica, temperatura e dolore (sebbene il sensing del dolore non sia comune nei sensori tattili artificiali). I sensori tattili sono utilizzati in robotica, hardware e sistemi di sicurezza. Un’applicazione comune di sensori tattili è nei dispositivi touchscreen su telefoni cellulari e computer.

I sensori tattili possono essere di diversi tipi tra cui sensori piezoresistivi, piezoelettrici, capacitivi ed elastoresistivi.

Tali sensori possono raccogliere informazioni su:

la posizione, la forma e l’orientamento dell’oggetto da toccare
valori e direzione della forza nell’area di contatto
scivolare
conducibilità termica e temperatura assoluta del corpo toccato
consistenza e umidità superficiale
durezza

Classificazione

Sensori di forza tattili
Matrice di resistenza: due piani perpendicolari di elettrodi paralleli separati l’uno dall’altro da un materiale piezoresistivo. Il punto dell’array è definito all’intersezione di elettrodi perpendicolari.
Sensore tattile magnetico resistivo
Sensore tattile con strato piezoelettrico
Sensore tattile che usa la radiazione infrarossa

Sensibili sensori tattili
Sensore tattile con strati di gomma conduttiva
Sensore tattile capacitivo
Sensore tattile optoelettronico
Sensore tattile che utilizza un momento di dipolo

usi
I sensori tattili compaiono nella vita di tutti i giorni, come i pulsanti e le luci dell’ascensore che si attenuano o illuminano toccando la base. Ci sono anche innumerevoli applicazioni per sensori tattili di cui la maggior parte delle persone non è mai a conoscenza.

I sensori che misurano cambiamenti molto piccoli devono avere sensibilità molto elevate. I sensori devono essere progettati per avere un piccolo effetto su ciò che viene misurato; rendendo il sensore più piccolo spesso migliora questo e può introdurre altri vantaggi. I sensori tattili possono essere utilizzati per testare le prestazioni di tutti i tipi di applicazioni. Ad esempio, questi sensori sono stati utilizzati nella produzione di automobili (freni, frizioni, guarnizioni delle porte, guarnizioni), laminazione della batteria, giunti bullonati, celle a combustibile ecc.

L’imaging tattile, come modalità di imaging medico, che traduce il senso del tatto in un’immagine digitale si basa sui sensori tattili. L’imaging tattile simula da vicino la palpazione manuale, poiché la sonda del dispositivo con una matrice di sensori di pressione montata sul suo volto agisce in modo simile alle dita umane durante l’esame clinico, deformando i tessuti molli dalla sonda e rilevando i cambiamenti risultanti nel modello di pressione.

I robot progettati per interagire con oggetti che richiedono manovre che comportino precisione, destrezza o interazione con oggetti insoliti, hanno bisogno di un apparato sensoriale che sia funzionalmente equivalente all’abilità tattile di un essere umano. I sensori tattili sono stati sviluppati per l’uso con i robot. I sensori tattili possono integrare i sistemi visivi fornendo informazioni aggiuntive quando il robot inizia ad afferrare un oggetto. In questo momento la visione non è più sufficiente, poiché le proprietà meccaniche dell’oggetto non possono essere determinate solo dalla visione. Determinare il peso, la consistenza, la rigidità, il centro di massa, il coefficiente di attrito e la conduttività termica richiedono l’interazione dell’oggetto e una sorta di rilevamento tattile.

Diverse classi di sensori tattili sono utilizzate in robot in guerra e ingegneria

Array di sensori di pressione
Gli array di sensori di pressione sono grandi reti di tactels. Un “tactel” è un “elemento tattile”. Ogni tactel è in grado di rilevare le forze normali. I sensori basati su Tactel forniscono un’immagine ‘ad alta risoluzione’ della superficie di contatto. Oltre alla risoluzione spaziale e alla sensibilità alla forza, le questioni di integrazione dei sistemi, come cablaggio e instradamento del segnale, sono importanti. Gli array di sensori di pressione sono disponibili in forma di film sottile. Vengono principalmente utilizzati come strumenti analitici utilizzati nei processi di produzione e R & S da ingegneri e tecnici e sono stati adattati per l’uso nei robot. Esempi di tali sensori disponibili per i consumatori includono array costruiti da gomma conduttiva, titanato di zirconato di piombo (PZT), fluoruro di polivinilidene (PVDF), PVDF-TrFE, FET e elementi di rilevamento capacitivo metallico.

Rosette di estensimetri
Le rosette di estensimetri sono costruite da più estensimetri, con ogni calibro che rileva la forza in una particolare direzione. Quando le informazioni provenienti da ciascun estensimetro vengono combinate, l’informazione consente di determinare un modello di forze o momenti.

Sensori tattili ispirati biologicamente
È stata suggerita una varietà di design ispirati alla biologia, dai semplici sensori a basetta che misurano solo un punto alla volta attraverso sensori più avanzati simili a dita, per completare sensori simili alla pelle come nell’ultimo iCub (citazione necessaria). I sensori tattili di ispirazione biologica spesso incorporano più di una strategia di rilevamento. Ad esempio, potrebbero rilevare sia la distribuzione delle pressioni, sia il modello di forze che verrebbero dalle matrici dei sensori di pressione e dalle rosette degli estensimetri, consentendo la discriminazione a due punti e il rilevamento della forza, con capacità simili a quelle umane.

Versioni avanzate di sensori tattili progettati biologicamente includono il rilevamento della vibrazione che è stato determinato per essere importante per comprendere le interazioni tra il sensore tattile e gli oggetti in cui il sensore scorre sull’oggetto. Tali interazioni sono ora considerate importanti per l’uso dello strumento umano e per giudicare la trama di un oggetto. Uno di questi sensori combina il rilevamento della forza, il rilevamento della vibrazione e il rilevamento del trasferimento di calore.

Sensori tattili fai-da-te e open-hardware
Di recente, un sofisticato sensore tattile è stato reso open-hardware, consentendo agli appassionati e agli hobbisti di sperimentare con una tecnologia altrimenti dispendiosa. Inoltre, con l’avvento di fotocamere ottiche economiche, sono stati proposti nuovi sensori che possono essere costruiti facilmente ed economicamente con una stampante 3D.