La punta delle dita stampata in 3D offre una tattilità simile alla pelle / 3D printed fingertip offers skin-like tactility

La punta delle dita stampata in 3D offre una tattilità simile alla pelle / 3D printed fingertip offers skin-like tactility

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Mano robotica con un polpastrello tattile stampato in 3D sul mignolo / Robotic hand with a 3D-printed tactile fingertip on the little finger (Immagine: BRL)

I ricercatori del Bristol Robotics Laboratory hanno sviluppato un polpastrello stampato in 3D che crea segnali simili all'attività cerebrale associata al tocco umano.  

Replicare il senso tattile fine è una delle maggiori sfide della robotica, con le pinze artificiali e le protesi che generalmente non riescono a replicare le delicate capacità motorie esibite dalle persone.

Guidato dal professor Nathan Lepora, l'ultima svolta ha visto il gruppo BRL creare una rete stampata in 3D di papille a forma di spillo sul lato inferiore di una pelle artificiale, imitando le papille dermiche trovate tra gli strati epidermici esterni ed interni della pelle tattile umana.

Realizzate utilizzando stampanti 3D avanzate che mescolano materiali morbidi e duri per creare strutture biomimetiche, queste papille artificiali producono segnali digitali analoghi ai segnali neurali che gli esseri umani esibiscono quando toccano oggetti e stabiliscono relazioni tattili spaziali.

"Abbiamo scoperto che il nostro polpastrello tattile stampato in 3D può produrre segnali nervosi artificiali che sembrano registrazioni di neuroni tattili reali", ha affermato Lepora, professore del Dipartimento di matematica di ingegneria di Bristol e con sede presso BRL. “Quelle registrazioni sono molto complesse con colline ed avvallamenti su bordi e creste, ed abbiamo visto lo stesso schema nei nostri dati tattili artificiali.

“I nervi tattili umani trasmettono segnali da varie terminazioni nervose chiamate meccanocettori, che possono segnalare la pressione e la forma di un contatto. Il lavoro classico di Phillips e Johnson nel 1981 ha tracciato per la prima volta le registrazioni elettriche di questi nervi per studiare la "risoluzione spaziale tattile" utilizzando una serie di forme increspate standard utilizzate dagli psicologi. Nel nostro lavoro, abbiamo testato il nostro polpastrello artificiale stampato in 3D poiché "sentiva" quelle stesse forme increspate ed abbiamo scoperto una corrispondenza sorprendentemente stretta con i dati neurali".

Sebbene i dati tattili storici fossero una stretta corrispondenza, la pelle artificiale non mostrava lo stesso livello di sensibilità del tatto umano. Secondo il professor Lepora, ciò è probabilmente dovuto al fatto che la pelle stampata in 3D è più spessa della pelle reale. Il suo gruppo di BRL sta ora esplorando come stampare in 3D strutture su scala microscopica della pelle umana, con il lavoro che ha implicazioni ad ampio raggio per aree come la robotica morbida e le protesi.

"Il nostro lavoro aiuta a scoprire come la complessa struttura interna della pelle umana crea il nostro senso del tatto umano", ha affermato il professor Lepora. “Questo è uno sviluppo entusiasmante nel campo della robotica morbida: essere in grado di stampare in 3D la pelle tattile potrebbe creare robot più abili o migliorare significativamente le prestazioni delle mani protesiche dando loro un senso del tatto integrato.

"Il nostro obiettivo è rendere la pelle artificiale buona, o addirittura migliore, della pelle reale".

ENGLISH

Bristol Robotics Laboratory researchers have developed a 3D printed fingertip that creates signals similar to brain activity associated with human touch.  

Replicating fine tactile sense is one of robotics’ biggest challenges, with artificial grippers and prosthetics generally failing to replicate the delicate motor skills exhibited by people.

Led by Professor Nathan Lepora, the latest breakthrough saw the BRL team create a 3D-printed mesh of pin-like papillae on the underside of an artificial skin, mimicking the dermal papillae found between the outer epidermal and inner dermal layers of human tactile skin.

Fabricated using advanced 3D printers that mix soft and hard materials to create biomimetic structures, these artificial papillae produce digital signals analogous to the neural signals that humans exhibit when touching objects and establishing tactile spatial relationships.

“We found our 3D-printed tactile fingertip can produce artificial nerve signals that look like recordings from real, tactile neurons,” said Lepora, a professor from Bristol’s Department of Engineering Maths and based at BRL. “Those recordings are very complex with hills and dips over edges and ridges, and we saw the same pattern in our artificial tactile data.

“Human tactile nerves transmit signals from various nerve endings called mechanoreceptors, which can signal the pressure and shape of a contact. Classic work by Phillips and Johnson in 1981 first plotted electrical recordings from these nerves to study ‘tactile spatial resolution’ using a set of standard ridged shapes used by psychologists. In our work, we tested our 3D-printed artificial fingertip as it ‘felt’ those same ridged shapes and discovered a startlingly close match to the neural data.”

Although the historical tactile data was a close match, the artificial skin did not exhibit quite the same level of sensitivity as human touch. According to Professor Lepora, this is probably because the 3D-printed skin is thicker than real skin. His team at BRL is now exploring how to 3D-print structures on the microscopic scale of human skin, with the work having wide-ranging implications for areas like soft robotics and prosthetics.

“Our work helps uncover how the complex internal structure of human skin creates our human sense of touch,” said Prof Lepora. “This is an exciting development in the field of soft robotics – being able to 3D-print tactile skin could create robots that are more dexterous or significantly improve the performance of prosthetic hands by giving them an in-built sense of touch.

“Our aim is to make artificial skin as good – or even better – than real skin.”

Da:

https://www.theengineer.co.uk/3d-printed-fingertip-tactile-fingertip-brl-bristol-robotics-laboratory/