- El sensor flexible desarrollado por investigadores del MIT puede reconstruir la forma tridimensional durante la deformación.
- Esta tecnología facilita el control remoto de robots y las prendas de seguimiento del movimiento.
- Incluso si las fibras resultan dañadas, el sensor sigue reconstruyendo la forma general con un error inferior a 0,4 centímetros.
- En el futuro se planea hacer las fibras ópticas más delgadas para capturar detalles más finos del movimiento corporal.
Investigadores del MIT han desarrollado un sensor flexible capaz de reconstruir su propia forma tridimensional mientras se dobla, pliega y torsiona. Esta tecnología facilita el control remoto de robots, la creación de prendas para el seguimiento del movimiento y la medición del progreso de los pacientes durante la rehabilitación física. El sistema incorpora fibras ópticas flexibles en silicona, aprovechando los cambios en la luz transmitida para rastrear la deformación de la superficie. A continuación, el software convierte esas mediciones en una reconstrucción digital que sigue casi en tiempo real el movimiento del material. A diferencia de los sistemas de captura de movimiento que dependen de sensores rígidos adheridos a la ropa, este diseño emplea elementos flexibles en su superficie sensora y conserva la capacidad de reconstruir la forma global incluso si las fibras se dañan.
Los investigadores fabricaron fibras ópticas con un núcleo de goma flexible recubierto por una capa de goma negra. Deliberadamente rugosizaron un lado de cada núcleo para que su respuesta al doblado fuera más pronunciada. Cuando la fibra se curva, parte de la luz se desvía de su trayectoria; la superficie rugosa hace que este efecto sea más sensible a la dirección de la curvatura, permitiendo a los investigadores estimar la curvatura de cada fibra midiendo la luz que emerge del puerto opuesto. Aunque una sola fibra puede detectar la curvatura a lo largo de una línea, reconstruir toda la superficie plantea un desafío mayor. El equipo del MIT lo resolvió incrustando múltiples fibras en una lámina de silicona elástica.
Diseño de la fibra óptica y medición de la curvatura
Las simulaciones por computadora ayudaron a los investigadores a comparar diferentes disposiciones de fibras, entre ellas patrones de tablero de ajedrez y en zigzag. Una configuración específica en zigzag resultó la más eficaz para captar las complejas variaciones de forma de la lámina.
Los investigadores fabricaron una lámina física con esa disposición. Los LED envían luz a través de las fibras y los sensores situados en los puertos opuestos miden la salida. Una placa de circuito externa recopila y amplifica esas lecturas. Un algoritmo convierte las mediciones en una representación tridimensional de la lámina. Durante la demostración, los investigadores doblaron el material en diagonal y la réplica digital cambió junto con la geometría. También colocaron la lámina sobre un molde impreso en 3D de forma precisa para evaluar su exactitud. Según el estudiante de posgrado de ingeniería mecánica del MIT Qifan Yu, el error de la superficie reconstruida es inferior a 0,4 centímetros.
Yu señala que sistemas similares que emplean sensores rígidos suelen generar errores de entre 1 y 2 centímetros. El equipo también demostró que la lámina sigue reconstruyendo su forma global incluso cuando algunas fibras son cortadas o se rompen.
Potencial para la fisioterapia
Los investigadores imaginan una prenda que permita al usuario controlar un personaje de videojuego o teleoperar un robot. La tecnología también puede ayudar a los fisioterapeutas a medir la movilidad de los pacientes durante la rehabilitación. El terapeuta puede envolver el material alrededor del brazo o la pierna del paciente para registrar el movimiento y el rango de movimiento. Las mediciones repetidas permiten a los clínicos comparar la movilidad entre sesiones y evaluar la recuperación. La coautora, la profesora asistente de ingeniería mecánica del MIT Kaitlyn Becker, afirma que esta tecnología puede ayudar a los terapeutas a comparar las evaluaciones de los pacientes a lo largo del tiempo.
Planes de mejora futura
El equipo planea actualmente hacer las fibras más delgadas. Sus fibras actuales tienen aproximadamente 1 milímetro de grosor, pero métodos de fabricación mejorados podrían reducir su espesor a unas pocas decenas de micrómetros. Fibras más delgadas permitirían a los investigadores incorporar más elementos sensores en la prenda, lo que potencialmente capturaría detalles más finos del movimiento corporal.
El estudio se publicó en la revista Advanced Intelligent Systems.
Potencial y desafíos de los sensores flexibles
El desarrollo de esta tecnología evidencia el potencial de los sensores flexibles en diversas aplicaciones, especialmente en el control remoto y la rehabilitación física. Al poder reconstruir con precisión la forma tridimensional durante la deformación, estos sensores no solo mejoran la exactitud de la captura de movimiento, sino que también ayudan a los profesionales de la salud a monitorizar de manera más eficaz la recuperación de los pacientes. En el futuro, con nuevas mejoras en la tecnología de fibra óptica, se espera que estos sensores desempeñen un papel importante en una gama más amplia de usos, particularmente donde se requiera un seguimiento del movimiento de alta precisión.