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Giorgio Verde
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1 Sistemi tattili Il tema viene trattato molto pi u superficialmente perch e gliaspetti di tipo sensoriale tattile sono a livello artificiale molto meno sviluppati di quelli per udito e visione. Consideriamo la soluzione pi u neuromorfa. Due sono gli argomenti che saranno maggiormente enfatizzati: Figura 1: Ditribuzione della sensibilit a meccanica sulla cute. Dati espressi in micronmetri di compressione ffl la sensorialit a somatica ffl realizzazioni artificiali neuromorfe di sensori tattili 1 Sensorialit a somatica Per la sensorialit a somatica consideriamo prevalentemente gli aspetti periferici e pi u sommariamente gli aspetti di tipo centrale (corticale). Trattiamo quelli che sono gli effetti della trasduzione. Per quel che riguarda la sensorialit a somatica distinguiamo tra sensorialit a esterocettiva (verso l'esterno) e sensorialit a propriocettiva. Circa la prima possiamo elencare la tattile, la cui sede e l'epidermide, la termica e la dolorosa (queste ultime modalit a sensoriali riguardano canali che sono distinti dall'epidermide). In particolare la sensibilit a varia notevolmente sulla superficie del corpo, ed e caratterizzata dalla presenza non uniforme di punti sensitivi. Parlando di soglia, anche per il senso del tatto la risposta e proporzionale al livello del segnale eccitatorio oltre un certo 1

in due classi (vedi fig: 2): Figura 2: Meccano recettori a lento adattamento: il disco di Pinkus-Iggo e l'organo di Ruffini.

2 valore. Nella figura 1 si determina la soglia di sensibilit a tattile assoluta. Abbiamo una soglia di sensibilit a tattile differenziale percepita proporzionale all'intensit a I = KI I meccano recettori, o recettori tattili, li possiamo raggruppare in due classi (vedi fig: 2): Figura 2: Meccano recettori a lento adattamento: il disco di Pinkus-Iggo e l'organo di Ruffini. Figura 3: Esempio di scarica di meccano recettori a lento adattamento in risposta a una compressione cutanea Figura 4: Meccano recettori a rapido adattamento: il corpuscolo di Meissner e il corpuscolo di Paccini. ffl a lento adattamento (Pinkus Iggo, Ruffini) ffl ad adattamento rapido (Meissner, Pacini) 2

3 Figura 5: Esempio di scarica di meccano recettori a rapido adattamento per il (A1) corpuscolo di Meissner e (B1) di Pacini. La presenza di queste due classi di recettori rende il tatto dotato delle seguenti caratteristiche funzionali: ffl sensazione tatto pressione (cellule adattamento lento) in cui le cellule rispondono con segnale pi u intenso (frequenza pi u elevata) al crescere della pressione (vedi fig: 6). ffl esplorazione tattile: muovendo la mano su una superficie e la rugosit a che viene percepita e il sistema d a una risposta che dipende dalla frequenza di eccitazione. Di questa sono responsabili i corpuscoli di Meissner (30-60 Hz) ffl sensorialit a vibratoria: si percepisce l'eccitazione variabile nel tempo i cui responsabili sono i corpuscoli di Pacini. Passando a trattare l'elaborazione centrale facciamo dei riferimenti agli aspetti generali. Abbiamo Figura 6: Risposta al variare della pressione le seguenti connessioni Recettori periferici! nervi periferici! nervi spinali! radici dorsali! talamo! corteccia Le connessioni sono tali da creare pi u percorsi attraverso convergenze e divergenze. Riconosciamo anche un aspetto somatotopico che conserva una certa localit a (vedi fig: 7). Ritroviamo anche riapplicato il concetto dell'inibizione laterale ai campi recettivi dei sensori tattili (vedi fig. 8). 2 Sensori tattili artificiali L'interesse per i sensori tattili artificiali e nelle applicazioni di robotica e di controllo industriale. In particolare la robotica mira alla realizzazione di una mano prensile: la si vuole improntata alla sensibilit a per il controllo della forza che viene esercitata sugli oggetti manipolati. Potrebbe essere anche collegata ad altri compiti di riconoscimento in cooperazione con sensori ottici e acustici. In ambito industriale un sensore tattile potrebbe trovare applicazione come riconoscitore di forme. Dal punto di vista della determinazione delle forze l'elemento tecnologicamente pi u vicino alla sensibilit a dellapelle e un foglio di materiale di cui si sfrutta la deformazione elastica. Possiamo con questo pensare alla misura delle forze (elementi piezoresistivi e piezoelettrici) ma anche a misure della deflessione (di tipo ottico, acustico, magnetico e capacitivo). Ci soffermiamo sull'impiego di fogli con una tecnologia che sia integrabile su chip. Consideriamo materiali piezoelelttrici. 3

4 Figura 7: Estensione delle aree somatiche nella corteccia somestesica Scegliamo una configurazione con un foglio di plastica che agisce da trasduttore meccano-elettrico ed e accoppiato a un circuito integrato per la misura della forza. Tra i diversi materiali il pi u interessante al momento e il polivinildenfloruro (PVDF 2 )che ha una caratteristica piezolelettrica senza essere cristallino e pu o arrivare ad avere coefficienti piezoelettrici particolarmente elevati. Il foglio di PVDF 2 di spessore di 30 Ξ 90mm viene metallizzato su un lato ( ο = 80nm di Nichel) e viene incollato sull'altro lato a un circuito integrato (vedi fig: 9) con una struttura tipo tassellato. Le piazzole sono l'ingresso di un sistema di amplificazione Le caratteristiche sono : ffl un pi u elevato coefficiente piezoelettrico 12 Coulomb Newton! 0; 41 mv gmf ffl una elevata linearit a 41 Ξ 500gmf ffl una bassa isteresi Tuttavia si presentano anche inconvenienti quali: ffl perdite di carico per cui non sono possibili misure stazionarie ffl piroelettircit a (sensilibilit a alle variazioni spaziali e temporali di temporali). Aspetti sensoriali cos come sono stati messi in evidenza per l'ottica e per l'acustica non sono ancora stati sviluppati, non ci sono ancora particolari tecniche di riconoscimento perch e sinora si e privilegiata la robustezza e l'affidabilit a. 4

5 Figura 8: Meccanismo dell'inibizione laterale nella risposta a uno stimolo pressorio (la punta nera in basso) applicato alla cute. Figura 9: Struttura a tassellato di elementi sensibili e circuito di trasduzione 5

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