INVESTIGADORES
FARFAN Fernando Daniel
congresos y reuniones científicas
Título:
PROYECTO: DISPOSITIVO DE RECONOCIMIENTO TACTIL DE SUPERFICIES
Autor/es:
FERNANDO DANIEL FARFÁN; ANA LÍA ALBARRACÍN; CARMELO JOSÉ FELICE
Lugar:
San Salvador de Jujuy - Jujuy
Reunión:
Jornada; I Jornadas de Ingeniería del NOA; 2005
Institución organizadora:
Universidad Nacional de Jujuy
Resumen:
INTRODUCCIÓN  Los mecanismos neurofisiológicos de los sistemas sensoriales han servido de inspiración para el desarrollo de sistemas tecnológicos. Así, muchos sistemas de reconocimiento táctil fueron inspirados en los mecanismos de transducción accionados por sensores biológicos de la piel, tal como el reconocimiento de múltiples características mediante estructuras especializadas y flexibles (Engel et al, 2005). Los roedores, así como muchos mamíferos, utilizan una estructura especializada en la recepción y transmisión de información táctil. La base de esta estructura son las vibrisas, bigotes o pelos táctiles ubicados a  ambos lados del hocico (Brech et al, 1997). Los estudios conductuales y electrofisiológicos del mecanismo de transducción de las vibrisas de rata han permitido el desarrollo tecnológico de sistemas sensoriales táctiles. El problema principal es encontrar el código neuronal que transporta la información táctil por el cual permite a las ratas reconocer diferentes rugosidades y texturas (Carvell y Simons, 1988; Carvell y Simons, 1990). Mediante el estudio de los procesos de transducción a nivel periférico se podría mejorar la comprensión del procesamiento sensorial central en el tálamo y la corteza (Mitchinson et al, 2004). Por ello, vamos a encarar este problema analizando la actividad eléctrica del nervio aferente de las vibrisas de rata (nervio infraorbitario) (Albarracín, 2005; Farfán et al, 2003). En nuestros estudios, utilizando registros electrofisiológicos multifibra en el nervio infraorbitario, se observaron patrones temporales y espectrales de descarga durante diferentes situaciones de rozamiento de la vibrisa de rata (Farfán et al, 2003; Albarracín et al, 2005). Sin embargo, las señales registradas en el nervio aferente de las vibrisas de rata corresponden a la actividad eléctrica de cientos de axones (Potenciales de Acción Compuestos), que inervan mecano receptores dentro de los folículos pertenecientes, no a una, sino a varias vibrisas. Debido a ello, encontrar un código  o un patrón de descarga requiere de técnicas de procesamiento digital no convencionales. Se han propuestos experimentos de discriminación táctil de rugosidad y texturas, y resultados previos muestran que en el primer caso la información de rugosidad estaría codificado en amplitud (Farfán et al, 2003), mientras que la diferenciación de texturas estaría codificada tanto en amplitud como en frecuencia (Albarracín et al, 2005). TRANSDUCTORES TÁCTILES TECNOLÓGICOS. En la industria, un sistema de reconocimiento táctil para la extracción de características de superficies o reconocimiento de objetos, es una importante necesidad. Fontaine et al, han desarrollado un dispositivo el cual es capaz de evaluar el estado de superficies de materiales midiendo características de rugosidad y fricción, mediante el principio de “Modos de Vibración de Materiales”. El sensor es un elemento activo el cual vibra de acuerdo a sus modos de vibración (Fontaine et al, 2005). En la investigación biológica muchas veces es necesario estudiar y analizar las características de superficies de los tejidos, y así estudiar su actividad fisiológica o posibilidades terapéuticas. Algunos investigadores han desarrollado sistemas de detección táctil basados también en el principio de modos de vibración detectados estos mediante materiales piezoeléctricos (Murayama et al, 2005). El sentido táctil, en el campo de la robótica, es la clave para los avances en la manipulación inteligente de objetos. Tal sentido ha permitido a los robots y prótesis robóticas convertir esta acción en un proceso totalmente automatizado, pudiendo de esta manera estimar las propiedades de objetos tales como su geometría, rigidez y condiciones de superficies. En general, el sentido del tacto en robots o prótesis robóticas ha sido proporcionado por sensores de presión, fuerza y reconocimiento de imágenes (Hristu et al, 2000; Ferrier y Brockett, 2000). Mediante modelos inspirados en sensores biológicos de la piel se han fabricado y caracterizado sensores táctiles de múltiples mediciones realizados con polímetros y sensores de membranas delgadas de metal. Estos pueden detectar la dureza, conductividad térmica, temperatura y contornos de superficies de contactos (Engel et al, 2005). Algunos investigadores han utilizado vibrisas artificiales para ser usadas como sensores binarios para la evitación de obstáculos durante el movimiento exploratorio de robots (Brooks, 1989; Chapman et al, 2000; Fend et al, 2004; Fend et al, 2003). También han sido empleado sistemas de reconocimiento de rugosidad (Kaneko et al, 1998; Scholz y Rahn, 2004; Russell y Wijaya, 2003) y textura (Lungarella et al, 2002; Fend el at, 2003; Hafner et al, 2003) de superficies, basados en una simple vibrisa artificial, y arreglos de vibrisas artificiales han sido empleados para encontrar la forma geométrica aproximada de un objeto (Russel y Wijaya, 2002). La construcción de sistemas basados en vibrisas artificiales involucra tanto el estudios de materiales como la disposición espacial de las mismas (en el caso de sistemas multi-vibrisas) (Bovet et al, 2004; Fend et al, 2004). Estos estudios, hoy en día siguen siendo puntos de investigación para el optimo desarrollo de sistemas de reconocimiento táctiles (Schultz et al, 2005). En algunos sistemas de monitoreo táctil, el movimiento de cada una de las vibrisas artificiales es sensado mediante strain gauge y sensores de flexión (Flex Sensor) (Schultz et al, 2005). La discriminación táctil, en estos casos, es realizada mediante mediciones de deflexión, fuerza, amplitud y velocidad de la vibrisa. Otras aplicaciones han sido motivadas por requerimientos de la NASA como por ejemplo un sistema de navegación sobre superficies planetarias. Para este fin se han estudiado las posibilidades de los arreglos multi-vibrisales demostrando parcialmente que pueden ser empleados en: La determinación de distancias y detección de obstáculos; Mapeo de características del terreno; Determinación de texturas de la tierra; Estimación de la velocidad de navegación del móvil explorador; Monitoreo de resbalamiento de las ruedas del móvil (por ejemplo cuando el móvil esta estancado en arena); y la extracción de características en 3 dimensiones de la forma de un objeto, entre otras (Schultz et al, 2005). LA PROPUESTA. El estudio de los procesos vinculados en la transducción sensorial de las vibrisas de ratas a nivel periférico proporcionará la base para el desarrollo de un sistema tecnológico de reconocimiento táctil de superficies. En la actualidad se han propuesto aproximaciones, sin embargo el código neuronal a nivel periférico, los cuales forman la base de estos dispositivos, no está resuelto. Por lo tanto las investigaciones propuestas en este plan permitirán un sistema tecnológico basado en hallazgos electrofisiológicos.  OBJETIVOS ESPECÍFICOS  ·         Estudiar el mecanismo de transducción táctil del sistema sensorial periférico de las vibrisas de rata, analizando las descargas del nervio aferente (nervio infraorbitario) durante diferentes situaciones de rozamiento de la vibrisa. ·         Diseñar, implementar y evaluar  técnicas de procesamiento digital para la extracción y clasificación de patrones de descarga en el nervio aferente de la vibrisa de rata.  ·         Diseñar, implementar y evaluar modelos computacionales del sistema táctil en ratas. Implementación de un sistema de transducción táctil para el reconocimiento de características de superficies u objetos.  FUENTE DE FINANCIAMIENTO  Apoyado por fondos Institucionales del CIUNT (Consejo de Investigaciones de la Universidad Nacional de Tucumán) e INSIBIO (Instituto Superior de Investigaciones Biológicas).