Sensores de Deformação Ultra-Finos MXene Revolucionários Aprimoram Precisão e Segurança de Braços Robóticos

Uma equipe de pesquisa da Universidade Nacional de Singapura (NUS) deu um primeiro passo para melhorar a segurança e precisão de braços robóticos industriais desenvolvendo uma nova gama de sensores de deformação de nanomaterial que são 10 vezes mais sensíveis ao medir movimentos minúsculos, comparados à tecnologia existente.

Fabricados usando nanomateriais flexíveis, elásticos e eletricamente condutivos chamados MXenes, estes novos sensores de deformação são ultra-finos, sem bateria, e podem transmitir dados sem fio. Com estas propriedades desejáveis, os novos sensores de deformação podem potencialmente ser usados para uma ampla gama de aplicações.

Prof. Assistente Chen Po-Yen explicou, "Desempenho de sensores de deformação convencionais sempre foi limitado pela natureza dos materiais de sensoriamento, então usuários tiveram opções limitadas para personalizar 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 sensoriamento de sensores de deformação para vários exoesqueletos macios. Os princípios de design de sensor desenvolvidos neste trabalho irão aprimorar significativamente o desempenho de peles eletrônicas e robôs macios."

Uma área onde os novos sensores de deformação poderiam ser bem utilizados é na manufatura de precisão, onde braços robóticos são usados para realizar tarefas intrincadas, como fabricar produtos frágeis como microchips. Os sensores podem ser revestidos em um braço robótico como uma pele eletrônica para medir movimentos sutis enquanto são esticados. Quando colocados ao longo das juntas dos braços, os sensores de deformação permitem que o sistema entenda precisamente o quanto os braços robóticos estão se movendo e sua posição atual relativa ao seu estado de repouso. Sensores de deformação prontos atuais não têm a precisão e sensibilidade requeridas para realizar esta função.

Braços robóticos automatizados convencionais usados em manufatura de precisão requerem câmeras externas apontadas para eles de diferentes ângulos para ajudar a rastrear seu posicionamento e movimento. Estes sensores de deformação ultra-sensíveis ajudarão a melhorar a segurança geral de braços robóticos fornecendo feedback automatizado em movimentos precisos com margem de erro abaixo de um grau. Isso removerá a necessidade de câmeras externas, pois eles podem rastrear posicionamento e movimento sem qualquer entrada visual.

A inovação tecnológica é o desenvolvimento de um processo de produção que permitiu aos pesquisadores criar sensores ultra-sensíveis altamente personalizáveis sobre uma ampla janela de trabalho com altas razões sinal-ruído.

A janela de trabalho de um sensor determina o quanto ele pode esticar enquanto ainda mantém suas qualidades de sensoriamento. Além disso, ter uma alta razão sinal-ruído significa maior precisão, o que permite ao sensor diferenciar entre vibrações sutis e movimentos minúsculos do braço robótico.

Este processo de produção permite à equipe personalizar seus sensores para qualquer janela de trabalho entre 0 e 900 por cento, enquanto mantém alta sensibilidade e alta razão sinal-ruído. Sensores padrão tipicamente conseguem alcançar uma faixa de apenas até 100 por cento. Combinando múltiplos sensores com diferentes janelas de trabalho, os pesquisadores podem criar um único sensor ultra-sensível que de outra forma seria impossível de alcançar.

A equipe de pesquisa desenvolveu um protótipo funcional da aplicação de sensores para exoesqueletos macios em uma luva de reabilitação robótica macia. Os sensores impartem a capacidade de detectar o desempenho motor de um paciente, particularmente em termos de sua amplitude de movimento. Isso finalmente permitirá que o robô macio entenda melhor a capacidade do paciente e forneça a assistência necessária aos movimentos de sua mão.

A equipe está atualmente trabalhando com o Hospital Geral de Singapura para explorar sua aplicação em robôs de exoesqueleto macio para reabilitação e em robôs cirúrgicos para cirurgia robótica transoral. "Como cirurgião, confiamos não apenas em nossa visão, mas também em nosso sentido de tato, para sentir a área dentro do corpo que estamos operando. Tecidos cancerosos, por exemplo, sentem-se diferentes de tecido normal e saudável. Adicionando módulos de sensoriamento sem fio ultra-finos a ferramentas robóticas longas, podemos alcançar e operar em áreas onde nossas mãos não alcançam e potencialmente 'sentir' a rigidez do tecido sem a necessidade de cirurgia aberta," disse Dr. Lim Chwee Ming do Hospital Geral de Singapura.