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Os robôs industriais estão mais acessíveis do que nunca para montagem de precisão e tarefas de coleta/embalagem de alta velocidade. Com melhorias em recursos como visão, cada nova geração oferece mais destreza e flexibilidade semelhantes às humanas. Um senso de toque confiável e econômico agora permite que eles manipulem objetos frágeis para realizar uma variedade ainda maior de tarefas e interagir com mais segurança com os humanos.

Várias técnicas têm sido exploradas para introduzir a detecção tátil em robôs. Isso inclui sensores de metal líquido que medem a resistência de um metal líquido fluindo em canais microfluídicos, que é modulado por forças externas. Embora esse tipo de sensor possa ser incorporado ao redor da ponta dos dedos do robô, ele não mede a força 3D localizada. Em vez disso, as forças distribuídas são mapeadas para uma mudança de resistência. Um grupo desses sensores pode detectar um padrão. Portanto, esta técnica é usada principalmente em tarefas de classificação especializadas após treinamento dedicado.

Outra abordagem usa uma câmera óptica de ponta para medir a deformação de um material elastomérico embutido ou cobrindo as superfícies de preensão. Esta tecnologia está disponível comercialmente e já é utilizada em garras robóticas multimodais inteligentes. No entanto, a câmera precisa de uma matriz de pixels substancial e a transmissão dos dados em uma taxa de vídeo para análise exige largura de banda e potência de comunicação significativas.

Uma solução óptica diferente supera alguns desses desafios usando um quadrante de detectores de fotodiodo em vez de uma câmera completa. Uma luz é projetada em uma cúpula elástica de dentro e os detectores detectam a deformação da cúpula devido às forças de contato. No entanto, o consumo de energia é várias vezes maior do que o dos magnetômetros 3D típicos, o que pode fornecer uma alternativa ainda mais simples e eficiente.

Em tais sensores magnéticos, um ímã é embutido em um material elastomérico semelhante ao usado no sistema baseado em câmera. Um magnetômetro montado na parte traseira fornece detecção de força 3D medindo a mudança no campo magnético causada pelo deslocamento do ímã à medida que o elastômero é deformado. Vários desses sensores foram demonstrados usando um magnetômetro de saída única, que pode ser imaginado como um pixel tátil ou "taxel". Os pesquisadores construíram várias configurações, desde simples matrizes de pixel único e 2 × 2 até uma pele magnética contínua de 15 mm2 composta por micropartículas magnéticas. Sensores de força magnética de pixel único como esses alcançaram resolução inferior a 1 mm combinando o sensor com magnetização senoidal de um filme flexível e técnicas de aprendizado profundo.

Os sensores magnéticos referenciados aqui usaram o magnetômetro de pixel único Melexis MLX90393. Enquanto os benefícios da detecção magnética incluem energia relativamente baixa e sobrecarga mínima de computação e comunicação, a detecção de pixel único é vulnerável à interferência de campos magnéticos externos. A saída do magnetômetro pode ser distorcida por efeitos não relacionados nas proximidades, como a ativação de um motor elétrico, a presença de outros ímãs ou variações no campo magnético da Terra.

Um sensor de força magnética com vários pixels próximos dentro do mesmo pacote de circuito integrado (IC) (Figura 1) pode fornecer imunidade a campos dispersos, permitindo a medição diferencial. Este artigo descreve como o sensor magnético multipixel gradiométrico Tactaxis foi construído e testado.

O sensor de deslocamento linear Melexis MLX90372 fornece uma plataforma conveniente para demonstrar o princípio de detecção gradiométrica. Este sensor geralmente gera o deslocamento angular ao longo de um arco. No entanto, configurar o dispositivo no modo de teste permite o acesso direto às leituras magnéticas brutas dos pixels individuais da memória. O sensor está alojado em um pacote TSSOP padrão de 5 mm × 4,3 mm × 0,9 mm e contém duas matrizes CMOS lado a lado, com dois pixels por matriz. Portanto, este componente único e compacto contém quatro pixels magnéticos separados por cerca de 2 mm, o que permite que o gradiente do campo magnético seja medido. Cada pixel detecta a componente normal do campo Bz e a componente Bx no plano.