KAIST (representado por el Presidente Kwang Hyung Lee) anunció el 10 de marzo que un equipo de investigación dirigido por el Profesor Jun-Bo Yoon de la Escuela de Ingeniería Eléctrica ha desarrollado un sensor de presión de alta resolución que no se ve afectado por interferencias externas como «toques fantasma» causados por la humedad en las pantallas táctiles.
Los recientes avances en robótica han permitido a las máquinas manejar objetos delicados como huevos con precisión, gracias a sensores de presión altamente integrados que proporcionan una retroalimentación táctil detallada. Sin embargo, incluso los robots más avanzados luchan por detectar con precisión la presión en entornos complejos que involucran agua, flexión o interferencia electromagnética. Un equipo de investigación de KAIST ha desarrollado con éxito un sensor de presión que funciona de manera estable sin interferencias externas, incluso en superficies húmedas como una pantalla de teléfono inteligente cubierta de agua, logrando una sensibilidad táctil a nivel humano.
KAIST (representado por el Presidente Kwang Hyung Lee) anunció el 10 de marzo que un equipo de investigación dirigido por el Profesor Jun-Bo Yoon de la Escuela de Ingeniería Eléctrica ha desarrollado un sensor de presión de alta resolución que no se ve afectado por interferencias externas como «toques fantasma» causados por la humedad en las pantallas táctiles.
Los sensores de presión capacitivos, ampliamente utilizados en sistemas táctiles debido a su estructura y durabilidad simples, son componentes esenciales de las tecnologías de interfaz hombre-máquina (HMI) en teléfonos inteligentes, dispositivos portátiles y robots. Sin embargo, son propensos a un mal funcionamiento causado por gotas de agua, interferencia electromagnética y curvas.
< Figura 1. (Izquierda) Diagrama esquemático de la superficie de un teléfono inteligente que no responde bien al tacto cuando está mojado en un día lluvioso. (Centro) Diagrama esquemático de un mal funcionamiento involuntario del sensor en una situación en la que existe interferencia. (Derecha) Resultados de simulación de la distribución del campo eléctrico en situaciones normales y situaciones donde existe interferencia. Cuando existe interferencia, se produce la distorsión del campo marginal. >
Para abordar estos problemas, el equipo de investigación investigó las causas fundamentales de la interferencia en los sensores de presión capacitivos. Identificaron que el «campo marginal» generado en los bordes de los sensores es particularmente susceptible a perturbaciones externas.
Los investigadores concluyeron que, para resolver fundamentalmente este problema, era necesario suprimir el campo marginal. A través del análisis teórico, determinaron que reducir el espaciamiento de los electrodos a la escala nanométrica podría minimizar efectivamente el campo marginal por debajo de un pequeño porcentaje.
< Figura 2. (Izquierda) Fotografía del sensor de presión nano-gap desarrollado en este estudio. (Centro) Diagrama esquemático que muestra que el campo marginal se suprime debido al diseño de nano-hueco, bloqueando efectivamente la interferencia externa. (Derecha) Imagen de microscopio electrónico del sensor de presión de nanohueco realmente fabricado. >
Utilizando técnicas patentadas de micro/nanofabricación, el equipo desarrolló un sensor de presión nanogap con un espaciado de electrodos de 900 nanómetros (nm). Este sensor recientemente desarrollado detectó de manera confiable la presión independientemente del material que ejerce fuerza y no se vio afectado por la flexión o la interferencia electromagnética.
Además, el equipo implementó con éxito un sistema táctil artificial utilizando las características de los sensores desarrollados. La piel humana contiene receptores de presión especializados llamados discos de Merkelal. Para imitarlos artificialmente, era necesaria la detección exclusiva de la presión, pero no se había logrado con sensores convencionales.
El equipo de investigación del profesor Yoonocs superó estos desafíos, desarrollando un sensor que logra una densidad comparable a los discos de Merkelka y permite la detección de presión inalámbrica de alta precisión.
< Figura 3. (Izquierda) Diagrama esquemático de un sensor de presión nano-hueco que está libre de interferencias y tiene alta resolución para simular el método de detección de presión del cuerpo humano. (Derecha) Un sistema táctil artificial inalámbrico implementado utilizando un sensor de presión nano-gap para recoger un objeto húmedo. No reacciona incluso cuando el agua sube a la superficie y solo detecta con precisión la presión. >
Para explorar posibles aplicaciones, el investigador también desarrolló un sistema de almohadilla táctil de fuerza, demostrando su capacidad para capturar la magnitud de la presión y la distribución con alta resolución y sin interferencias.
El profesor Yoon declaró “Nuestro sensor de presión nanogap funciona de manera confiable incluso en condiciones lluviosas o ambientes sudorosos, eliminando el mal funcionamiento táctil común. Creemos que esta innovación mejorará significativamente las experiencias cotidianas de los usuarios.”
Agregó, “Esta tecnología tiene el potencial de revolucionar varios campos, incluidos sensores táctiles de precisión para robótica, dispositivos portátiles médicos e interfaces de realidad aumentada (AR) y realidad virtual (VR) de próxima generación.”
< Figura 4. (Izquierda) Diagrama esquemático del sistema de almohadilla táctil de fuerza implementado utilizando un sensor de presión de espacio nano y la situación en la que el agua está en el sensor. (Medio) Resultados de medición multitáctil utilizando el sistema de almohadilla táctil de fuerza en la situación en la que hay agua en el sensor. (Derecha) resultados de medición 3D que muestran con precisión el tamaño y la distribución de la presión sin interferencia o interferencia cruzada por el agua en el sensor. >
El estudio fue dirigido por Jae-Soon Yang (Ph.D.), Myung-Kun Chung (Ph.D. candidato) y Jae-Young Yoo (Profesor Asistente en la Universidad de Sungkyunkwan, un graduado de KAIST Ph.D.). Los resultados de la investigación se publicaron en Naturaleza Comunicaciones el 27 de febrero de 2025. (Título del documento: “Interference-Free Nanogap Pressure Sensor Array with High Spatial Resolution for Wireless Human-Machine Interface Applications”, DOI:10.1038/s41467-025-57232-8)
Este estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Investigación del Programa de Investigadores de Mediados de Cuidadores de Corea y el Programa de Apoyo al Centro de Investigación Líder. KAIST News. Traducido al español
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