Sensores de deformação ultrafinos e sem bateria para braços robóticos industriais

Fabricados usando nanomateriais flexíveis, elásticos e eletricamente condutores chamados MXenes, foram desenvolvidos novos sensores de deformação que são ultrafinos, sem bateria e podem transmitir dados sem fio. Ao controlar as texturas da superfície dos MXenes, os pesquisadores conseguiram controlar o desempenho de detecção de sensores de tensão para vários exoesqueletos macios. Os princípios de design de sensores desenvolvidos melhorarão significativamente o desempenho de skins eletrônicas e robôs macios.

Os sensores podem ser revestidos em um braço robótico como uma pele eletrônica para medir movimentos sutis à medida que são esticados. Quando colocados ao longo das articulações dos braços robóticos, os sensores permitem que o sistema entenda com precisão o quanto os braços robóticos estão se movendo e sua posição atual em relação ao estado de repouso. Os atuais sensores de deformação disponíveis no mercado não possuem a precisão e a sensibilidade necessárias para realizar esta função.

Uma área em que os sensores de tensão podem ser bem utilizados é na fabricação de precisão, onde braços robóticos são usados ​​para realizar tarefas complexas, como fabricar produtos frágeis como microchips. Os braços robóticos automatizados convencionais usados ​​na fabricação de precisão exigem câmeras externas direcionadas a eles de diferentes ângulos para ajudar a rastrear seu posicionamento e movimento. Os sensores de tensão ultrassensíveis ajudarão a melhorar a segurança geral dos braços robóticos, fornecendo feedback automatizado sobre movimentos precisos com margem de erro abaixo de um grau e eliminando a necessidade de câmeras externas, pois podem rastrear o posicionamento e o movimento sem qualquer entrada visual.

O avanço tecnológico é o desenvolvimento de um processo de produção que permite aos pesquisadores criar sensores ultrassensíveis altamente personalizáveis ​​em uma ampla janela de trabalho com altas relações sinal-ruído. A janela de trabalho de um sensor determina o quanto ele pode esticar enquanto ainda mantém suas qualidades de detecção e ter uma alta relação sinal-ruído significa maior precisão, pois o sensor pode diferenciar entre vibrações sutis e movimentos minuciosos do braço robótico.

Esse processo de produção permite que a equipe personalize seus sensores para qualquer janela de trabalho entre 0 e 900 por cento, mantendo alta sensibilidade e relação sinal-ruído. Os sensores padrão normalmente podem atingir um alcance de até 100 por cento. Ao combinar vários sensores com diferentes janelas de trabalho, os pesquisadores podem criar um único sensor ultrassensível que, de outra forma, seria impossível de alcançar.

Os sensores flexíveis avançados dão aos robôs vestíveis macios uma capacidade importante de detectar o desempenho motor de um paciente, particularmente em termos de amplitude de movimento. Isso permitirá que o robô macio entenda melhor a capacidade de um paciente e forneça a assistência necessária aos movimentos das mãos.

A equipe também está procurando melhorar as capacidades do sensor em robôs de exoesqueleto macio para reabilitação e em robôs cirúrgicos para cirurgia robótica transoral. Os tecidos cancerosos, por exemplo, parecem diferentes dos tecidos normais e saudáveis. Ao adicionar módulos de detecção sem fio ultrafinos a ferramentas robóticas longas, os cirurgiões podem alcançar e operar em áreas onde suas mãos não podem alcançar e potencialmente “sentir” a rigidez do tecido sem a necessidade de cirurgia aberta.