Una lámina flexible con detección de forma desarrollada por ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) permite reconstruir digitalmente su propia geometría mientras se dobla y se retuerce. El sistema combina fibras ópticas blandas integradas en un material elástico con un algoritmo que interpreta los cambios de luz para generar una imagen digital del movimiento casi en tiempo real.
El enfoque parte de un principio similar al de algunas prendas de captura de movimiento, que registran los desplazamientos físicos de una persona para trasladarlos a un avatar virtual. A diferencia de esos diseños, basados en sensores rígidos cosidos en puntos concretos del traje, la propuesta del equipo del MIT utiliza múltiples fibras ópticas blandas distribuidas en zigzag por una lámina de silicona extensible.
Cuando la superficie se deforma, las fibras se curvan con ella y modifican el patrón de luz que las atraviesa. Los investigadores han desarrollado un algoritmo capaz de interpretar esas señales sobre la marcha y reconstruir la forma tridimensional de la lámina. El diseño también mostró resistencia a daños: incluso con algunas fibras cortadas o desconectadas, las restantes pudieron reproducir con precisión la forma general de la superficie.
Aplicaciones en robótica y rehabilitación
El equipo plantea que esta tecnología podría incorporarse a una prenda blanda y cómoda para controlar físicamente un personaje de videojuego o un robot teleoperado. Otra aplicación potencial se sitúa en la fisioterapia, donde la lámina podría colocarse alrededor de una pierna o un brazo para registrar la movilidad y el rango de movimiento del paciente durante cada sesión. El estudio se ha publicado en la revista ‘Advanced Intelligent Systems’.
La base técnica del dispositivo procede de las fibras ópticas o guías de onda, diseñadas para conducir luz a través de un núcleo transparente rodeado por un revestimiento oscuro y opaco. En telecomunicaciones, esta configuración permite transmitir datos con gran eficiencia. En sensores de forma, la curvatura de la fibra altera la cantidad de luz que llega al extremo opuesto: cuanto mayor es la flexión, menor es la señal luminosa de salida.
Fibras ópticas blandas y patrón en zigzag
Para adaptar este principio a una superficie deformable, los investigadores fabricaron sus propias fibras ópticas. En lugar de vidrio rígido, emplearon un núcleo de caucho transparente y flexible, rodeado por un revestimiento del mismo material teñido de negro. Además, modificaron deliberadamente una de las caras del núcleo para hacerla más rugosa.
Esta asimetría permite que la fibra actúe como sensor bidireccional. Si se dobla hacia el lado rugoso, la luz se dispersa de una forma distinta a como lo haría si la fibra se curvara con el mismo ángulo hacia el lado liso. Esa diferencia en la señal de salida ayuda a determinar la dirección y el grado de flexión.
El equipo simuló varias configuraciones de fibras embebidas en láminas blandas, desde patrones en cuadrícula hasta disposiciones cruzadas y en zigzag. En cada caso, comparó las señales luminosas resultantes con las deformaciones simuladas de la superficie. A partir de esas pruebas, identificó una separación concreta de fibras en zigzag como la más adecuada para reproducir la forma original de la lámina.
Después, los investigadores fabricaron una lámina sensora con ese patrón. Cada fibra incorporaba un LED en un extremo y un sensor de luz en el otro, conectados a una placa de circuito externa encargada de recoger y amplificar las mediciones. El algoritmo convirtió esos datos en una reconstrucción tridimensional completa de la superficie.
Precisión frente a sensores rígidos
En los ensayos, el sistema generó una reconstrucción virtual fluida de la lámina casi en tiempo real mientras los investigadores la retorcían en distintas formas. Cuando la doblaron en diagonal y posteriormente en sentido contrario, el gemelo virtual reprodujo la evolución de la deformación.
El equipo también colocó la lámina sobre moldes impresos en 3D para comparar con precisión la superficie física con la reconstrucción digital. En estas pruebas, la lámina blanda obtuvo un error inferior a 0,4 centímetros, frente a los errores de entre 1 y 2 centímetros registrados en diseños existentes basados en sensores rígidos.
La siguiente fase del desarrollo se centrará en reducir el grosor de la lámina sensora. Actualmente, las fibras ópticas tienen 1 milímetro de espesor, pero otros procesos de fabricación podrían rebajarlas hasta decenas de micrómetros, por debajo del grosor de un cabello. Con fibras más finas, el equipo prevé integrar un número mayor de sensores en prendas capaces de captar cambios más detallados de forma y postura, por ejemplo para cuantificar la evolución de pacientes en fisioterapia. La investigación contó con apoyo parcial de MathWorks.