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I robot industriali sono più convenienti che mai per operazioni di assemblaggio di precisione e operazioni di prelievo/imballaggio ad alta velocità. Con miglioramenti a capacità come la vista, ogni nuova generazione offre destrezza e flessibilità più simili a quelle umane. Un senso del tatto affidabile ed economico ora consente loro di maneggiare oggetti fragili per svolgere una varietà ancora più ampia di compiti e interagire in modo più sicuro con gli esseri umani.

Sono state esplorate diverse tecniche per introdurre il rilevamento tattile per i robot. Questi includono sensori di metallo liquido che misurano la resistenza di un metallo liquido che scorre in canali microfluidici, che viene modulato da forze esterne. Sebbene questo tipo di sensore possa essere incorporato attorno alla punta delle dita del robot, non misura la forza 3D localizzata. Invece, le forze distribuite sono mappate su una variazione di resistenza. Un gruppo di tali sensori può rilevare uno schema. Pertanto questa tecnica viene utilizzata principalmente in compiti di classificazione specializzati dopo una formazione dedicata.

Un altro approccio utilizza una telecamera ottica di fascia alta per misurare la deformazione di un materiale elastomerico incorporato o che ricopre le superfici di presa. Questa tecnologia è disponibile in commercio e già utilizzata nelle pinze robotiche multimodali intelligenti. Tuttavia, la fotocamera necessita di un notevole array di pixel e la trasmissione dei dati a una velocità video per l'analisi richiede una larghezza di banda e una potenza di comunicazione significative.

Una diversa soluzione ottica supera alcune di queste sfide utilizzando un quadrante di rilevatori di fotodiodi invece di una fotocamera completa. Una luce viene proiettata dall'interno in una cupola elastica e i rilevatori rilevano la deformazione della cupola dovuta alle forze di contatto. Tuttavia, il consumo energetico è molte volte maggiore rispetto a quello dei tipici magnetometri 3D, il che può fornire un’alternativa ancora più semplice ed efficiente.

In tali sensori magnetici, un magnete è incorporato in un materiale elastomerico simile a quello utilizzato nel sistema basato su fotocamera. Un magnetometro montato posteriormente fornisce il rilevamento della forza 3D misurando la variazione del campo magnetico causata dallo spostamento del magnete quando l'elastomero viene deformato. Molti di questi sensori sono stati dimostrati utilizzando un magnetometro a uscita singola, che può essere immaginato come un pixel tattile, o "taxel". I ricercatori hanno costruito varie configurazioni, da semplici array a pixel singolo e 2×2 a una pelle magnetica continua da 15 mm2 costituita da microparticelle magnetiche. Sensori di forza magnetica a pixel singolo come questi hanno raggiunto una risoluzione inferiore a 1 mm combinando il sensore con la magnetizzazione sinusoidale di una pellicola flessibile e tecniche di deep learning.

I sensori magnetici a cui si fa riferimento qui hanno utilizzato il magnetometro a pixel singolo Melexis MLX90393. Mentre i vantaggi del rilevamento magnetico includono una potenza relativamente bassa e un sovraccarico minimo di elaborazione e comunicazione, il rilevamento a pixel singolo è vulnerabile alle interferenze dei campi magnetici esterni. L'uscita del magnetometro può essere distorta da effetti non correlati nelle vicinanze, come l'attivazione di un motore elettrico, la presenza di altri magneti o variazioni nel campo magnetico terrestre.

Un sensore di forza magnetica con più pixel vicini all'interno dello stesso pacchetto di circuito integrato (IC) (Figura 1) può fornire immunità ai campi dispersi consentendo la misurazione differenziale. Questo articolo descrive come è stato costruito e testato il sensore magnetico multi-pixel gradiometrico Tactaxis.

Il sensore di spostamento lineare Melexis MLX90372 fornisce una comoda piattaforma per dimostrare il principio di rilevamento gradiometrico. Questo sensore solitamente fornisce lo spostamento angolare lungo un arco. Tuttavia, la configurazione del dispositivo in modalità test consente l'accesso diretto alle letture magnetiche grezze dei singoli pixel dalla memoria. Il sensore è alloggiato in un package TSSOP standard da 5 mm × 4,3 mm × 0,9 mm e contiene due die CMOS affiancati, con due pixel per die. Questo componente unico e compatto contiene quindi quattro pixel magnetici posti a circa 2 mm di distanza l'uno dall'altro, che consentono di misurare il gradiente del campo magnetico. Ogni pixel rileva la componente normale del campo Bz e la componente nel piano Bx.