Ультратонкие беспитательные MXene датчики деформации революционизируют промышленные робоманипуляторы

Используя гибкие, растяжимые и электрически проводимые наноматериалы, называемые MXenes, были разработаны новые датчики деформации, которые ультратонкие, беспитательные и могут передавать данные беспроводно. Контролируя поверхностные текстуры MXenes, исследователи смогли контролировать сенсорную производительность датчиков деформации для различных мягких экзоскелетов. Разработанные принципы дизайна сенсоров значительно улучшат производительность электронных кож и мягких роботов.

Сенсоры могут быть покрыты на робоманипулятор как электронная кожа для измерения тонких движений при растяжении. Когда они размещены вдоль суставов робоманипуляторов, сенсоры позволяют системе точно понимать, насколько движутся робоманипуляторы и их текущее положение относительно состояния покоя. Текущие готовые датчики деформации не имеют необходимой точности и чувствительности для выполнения этой функции.

Одна из областей, где датчики деформации могут быть хорошо использованы — это точное производство, где робоманипуляторы используются для выполнения сложных задач, таких как изготовление хрупких продуктов вроде микросхем. Традиционные автоматизированные робоманипуляторы, используемые в точном производстве, требуют внешних камер, направленных на них под разными углами, чтобы помочь отслеживать их позиционирование и движение. Ультрачувствительные датчики деформации помогут улучшить общую безопасность робоманипуляторов, предоставляя автоматическую обратную связь о точных движениях с погрешностью менее одного градуса и устранят необходимость во внешних камерах, так как они могут отслеживать позиционирование и движение без какого-либо визуального ввода.

Технологический прорыв — это разработка производственного процесса, позволяющего исследователям создавать высоко настраиваемые ультрачувствительные сенсоры на широком рабочем окне с высокими соотношениями сигнал/шум. Рабочее окно сенсора определяет, насколько он может растягиваться, сохраняя свои сенсорные качества, а высокое соотношение сигнал/шум означает большую точность, так как сенсор может отличать тонкие вибрации и минимальные движения робоманипулятора.

Этот производственный процесс позволяет команде настраивать свои сенсоры к любому рабочему окну между 0 и 900 процентами, сохраняя высокую чувствительность и соотношение сигнал/шум. Стандартные сенсоры обычно могут достичь диапазона до 100 процентов. Комбинируя множество сенсоров с разными рабочими окнами, исследователи могут создать единый ультрачувствительный сенсор, который иначе был бы невозможен для достижения.

Продвинутые гибкие сенсоры дают мягкие носимые роботы важную способность в сенсировании моторной производительности пациента, особенно в терминах их диапазона движений. Это в конечном счете позволит мягкому роботу лучше понимать способности пациента и предоставлять необходимую помощь их движениям рук.

Команда также смотрит на улучшение возможностей сенсора в мягких экзоскелетных роботах для реабилитации и в хирургических роботах для трансоральной роботизированной хирургии. Раковые ткани, например, ощущаются иначе, чем нормальные, здоровые ткани. Добавляя ультратонкие беспроводные сенсорные модули к длинным роботизированным инструментам, хирурги могут достигать и оперировать в областях, куда их руки не могут дотянуться, и потенциально «чувствовать» жесткость ткани без необходимости открытой операции.