Sensores de Deformação MXene Ultra-finos, Sem Bateria, Revolucionam Braços Robóticos Industriais

Fabricados usando nanomateriais flexíveis, elásticos e eletricamente condutivos chamados MXenes, novos sensores de deformação foram desenvolvidos que são ultra-finos, sem bateria e podem transmitir dados sem fio. Ao controlar as texturas de superfície dos MXenes, pesquisadores conseguiram controlar o desempenho de sensoriamento de sensores de deformação para vários exoesqueletos macios. Os princípios de design de sensores desenvolvidos melhorarão significativamente o desempenho de peles 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 juntas de braços robóticos, os sensores permitem que o sistema entenda precisamente o quanto os braços robóticos estão se movendo e sua posição atual em relação ao estado de repouso. Sensores de deformação prontos para uso atuais não têm a precisão e sensibilidade necessárias para realizar esta função.

Uma área onde os sensores de deformação poderiam ser bem utilizados é na manufatura de precisão, onde braços robóticos são usados para realizar tarefas intrincadas como fabricação de produtos frágeis como microchips. 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. Os sensores de deformação ultra-sensíveis 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 posicionamento e movimento sem qualquer entrada visual.

O avanço tecnológico é o desenvolvimento de um processo de produção que permite 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 mantendo suas qualidades de sensoriamento e ter uma alta razão sinal-ruído significa maior precisão, pois o sensor pode 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 mantendo alta sensibilidade e razão sinal-ruído. Sensores padrão normalmente alcançam faixa de até 100 por cento. Combinando múltiplos sensores com diferentes janelas de trabalho, pesquisadores podem criar um único sensor ultra-sensível que seria impossível de alcançar de outra forma.

Os sensores flexíveis avançados dão a robôs macios vestíveis uma capacidade importante em sensoriar 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 de suas mãos.

A equipe também está buscando melhorar as capacidades do sensor em robôs de exoesqueleto macio para reabilitação e em robôs cirúrgicos para cirurgia robótica transoral. Tecidos cancerosos, por exemplo, sentem-se diferentes de tecidos normais e saudáveis. Adicionando módulos de sensoriamento sem fio ultra-finos a ferramentas robóticas longas, cirurgiões podem alcançar e operar em áreas onde suas mãos não alcançam e potencialmente "sentir" a rigidez do tecido sem a necessidade de cirurgia aberta.