Sensores de deformação ultrafinos e altamente sensíveis

Uma equipe de pesquisa da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) deu o primeiro passo para melhorar a segurança e a precisão dos braços robóticos industriais ao desenvolver uma nova linha de sensores de deformação de nanomateriais que são 10 vezes mais sensíveis ao medir movimentos minuciosos, em comparação com a tecnologia existente .

Fabricados usando nanomateriais flexíveis, elásticos e eletricamente condutores chamados MXenes, esses novos sensores de deformação são ultrafinos, sem bateria e podem transmitir dados sem fio. Com essas propriedades desejáveis, os novos sensores de deformação podem potencialmente ser usados ​​para uma ampla gama de aplicações.

O professor ast Chen Po-Yen explicou:“O desempenho dos sensores de deformação convencionais sempre foi limitado pela natureza dos materiais de detecção, portanto, os usuários tiveram opções limitadas para personalizar os sensores para aplicações específicas. Neste trabalho, desenvolvemos uma estratégia fácil para controlar as texturas de superfície de MXenes, o que nos permitiu controlar o desempenho de detecção de sensores de deformação para vários exoesqueletos macios. Os princípios de design de sensores desenvolvidos neste trabalho melhorarão significativamente o desempenho de skins eletrônicas e robôs macios.”

Uma área em que os novos 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 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, os sensores de tensão permitem que o sistema entenda com precisão o quanto os braços robóticos estão se movendo e sua posição atual em relação ao seu estado de repouso. Os atuais sensores de deformação disponíveis no mercado não possuem a precisão e a sensibilidade necessárias para realizar esta função.

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. Esses sensores de deformação ultrassensíveis ajudarão a melhorar a segurança geral dos braços robóticos, fornecendo feedback automatizado sobre movimentos precisos com margem de erro abaixo de um grau. Isso eliminará a necessidade de câmeras externas, pois elas podem rastrear o posicionamento e o movimento sem qualquer entrada visual.

O avanço tecnológico é o desenvolvimento de um processo de produção que permitiu 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 mantém suas qualidades de detecção. Além disso, ter uma alta relação sinal-ruído significa maior precisão, o que permite que o sensor diferencie 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 alta relação sinal-ruído. Os sensores padrão normalmente podem atingir um alcance de apenas 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.

A equipe de pesquisa desenvolveu um protótipo funcional da aplicação de sensores para os exoesqueletos macios em uma luva de reabilitação robótica macia. Os sensores conferem a capacidade 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 do paciente e forneça a assistência necessária aos movimentos das mãos.

A equipe está atualmente trabalhando com o Hospital Geral de Cingapura para explorar sua aplicação em robôs de exoesqueleto macio para reabilitação e em robôs cirúrgicos para cirurgia robótica transoral. “Como cirurgião, contamos não apenas com a visão, mas também com o tato, para sentir a área dentro do corpo que estamos operando. Os tecidos cancerosos, por exemplo, parecem diferentes dos tecidos normais e saudáveis. Ao adicionar módulos de detecção sem fio ultrafinos a ferramentas robóticas longas, podemos alcançar e operar em áreas onde nossas mãos não podem alcançar e potencialmente “sentir” a rigidez do tecido sem a necessidade de cirurgia aberta”, disse Lim Chwee Ming, de Cingapura. Hospital Geral.