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Las películas inteligentes facilitan la interacción hombre-máquina

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Imagínese esto: Una pantalla táctil lisa colocada sobre una fina película de polímero de silicona genera de repente la sensación de un diminuto botón en relieve bajo el dedo del usuario. ¿O qué tal la idea de llevar esa misma película de polímero como una segunda piel? Si se utiliza para forrar un guante industrial, la película puede proporcionar una valiosa retroalimentación mediante el reconocimiento de gestos y el envío de señales táctiles, como pulsaciones o vibraciones, al usuario.


El equipo de investigación de Stefan Seelecke, de la Universidad de Saarland, utiliza finas películas de silicona para dotar a las superficies de unas capacidades muy novedosas. La tecnología, capaz de crear la sensación de un "botón" o "deslizador" táctil en pantallas de vidrio planas, está aportando literalmente una nueva dimensión a las interacciones de las pantallas táctiles. La película de polímero es capaz de cambiar de forma a voluntad para crear la sensación de un botón elevado o una tecla en la superficie de la pantalla que el usuario puede utilizar, por ejemplo, para navegar por una página o introducir datos. Gracias a esta tecnología, podemos hacer que las interfaces de usuario de los teléfonos inteligentes, las pantallas de información o los dispositivos domésticos sean más fáciles de usar", explica el profesor Stefan Seelecke, que dirige el Laboratorio de Sistemas de Materiales Inteligentes de la Universidad de Saarland. Si el usuario siente una pulsación o vibración bajo sus dedos, puede responder tocando la pantalla. Y como el usuario también experimenta la ligera resistencia que sentimos cuando pulsamos un botón o interruptor "real", sabe que su respuesta ha sido satisfactoria. Para los invidentes y deficientes visuales, este tipo de respuesta física no es un truco, sino que tiene un enorme valor en su vida cotidiana.

Si estas láminas de alta tecnología se utilizan para forrar la ropa, también pueden actuar como una interfaz táctil hombre-máquina. Un ejemplo de este tipo de aplicación sería forrar completamente el interior del guante de un operario de montaje con la película de polímero elástico de gran flexibilidad y utilizarla como sensor para que un sistema informático sepa cómo mueve la mano y los dedos el operario. Nuestra tecnología nos permite hacer más inteligente el sistema introduciendo un sensor complejo en un guante que el operario llevaría de todos modos", afirma Seelecke. Y como las láminas sólo tienen un grosor de unas 50 micras (1 micra = una milésima de milímetro), comparable al de un film transparente doméstico, no interfieren en el trabajo del operario. Si este tipo de guante interactivo se utiliza en un entorno de Industria 4.0, el sistema puede reconocer qué acción intenta realizar el usuario del guante.

'El operario podría, por ejemplo, controlar un proceso a través del movimiento de su mano. Al trabajar en equipos complejos de plantas industriales, el sistema podría ayudar a evitar errores potencialmente costosos enviando una señal táctil, como un toque, un pulso o una vibración, a la mano o los dedos del operador", explicó Stefan Seelecke, que dirige grupos de investigación en la Universidad de Saarland y en el Centro de Tecnología de Mecatrónica y Automatización (ZeMA).

Las películas de silicona especialmente preparadas son sistemas de materiales inteligentes que pueden alimentarse simplemente con la aplicación de una corriente eléctrica. Se imprime una capa conductora de electricidad muy flexible en cada cara de la película de silicona ultrafina para crear lo que se conoce como "elastómero dieléctrico". Cuando aplicamos un voltaje al elastómero, los dos electrodos se atraen entre sí, comprimiendo el polímero y haciendo que se expanda lateralmente, aumentando su superficie, lo que a su vez altera la capacitancia eléctrica de la película", explica Paul Motzki, científico investigador del equipo de Seelecke.

Cuando el operario dobla un dedo mientras lleva el guante, la película se estira como una segunda piel y esta distorsión provoca un cambio en la capacitancia". Los investigadores son capaces de asignar con precisión un valor de capacitancia a cada posición de la película a medida que se distorsiona. Así, un valor específico de capacitancia representa esencialmente una posición concreta del dedo del operario, y una secuencia de valores de capacitancia representa el camino que sigue el dedo al moverse. La película es, por tanto, un sensor extensible que puede actuar como un órgano sensorial en aplicaciones de ingeniería. El guante puede percibir cómo se mueve la mano y la pantalla táctil inteligente puede detectar si el usuario ha pulsado un botón virtual.

Combinando valores de medición y algoritmos inteligentes, el equipo ha desarrollado una unidad de control que puede predecir y programar secuencias de movimiento y, por tanto, controlar con precisión cómo se deforma la película de elastómero. Aprovechamos las propiedades de estos elastómeros dieléctricos para diseñar sistemas de accionamiento", explica Sophie Nalbach, la ingeniera que dirige el Grupo de Polímeros Electroactivos que forma parte del Laboratorio de Sistemas de Materiales Inteligentes del profesor Seelecke. Alterando el campo eléctrico aplicado, los investigadores pueden hacer que la película pulse, adopte la forma deseada o que oscile o se flexione a una frecuencia determinada. Cuando se combina con el sistema de polímeros electroactivos, un guante industrial puede interactuar con su portador o una pantalla de visualización puede interactuar con el usuario. Si colocamos la fina pantalla de cristal de una tableta sobre la película de polímero, ésta puede realizar un movimiento de flexión muy rápido bajo la yema del dedo del usuario, lo que le da la impresión de que su dedo está apoyado sobre un botón o una tecla", explica Nalbach.

En la actualidad, el equipo trabaja en varios proyectos de investigación destinados a interconectar estos sistemas de accionamiento basados en películas para que puedan comunicarse y cooperar colectivamente. Para ello, los investigadores tendrán que dotar de nuevas capacidades a las superficies e interfaces, lo que a su vez requiere una mayor miniaturización de la tecnología.
Las láminas de elastómero dieléctrico son ligeras, flexibles, silenciosas, energéticamente eficientes y rentables de fabricar. El trabajo que realiza el grupo de Seelecke es una investigación centrada en las aplicaciones. Pero el equipo quiere desarrollar este y otros sistemas de materiales inteligentes para aplicaciones comerciales e industriales, por lo que se fundó la empresa derivada "mateligent GmbH".

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