Sensores de tensión ultradelgados y sin batería para brazos robóticos industriales

Fabricados con nanomateriales conductores de electricidad, estirables y flexibles llamados MXenes, se desarrollaron novedosos sensores de tensión que son ultradelgados, no requieren batería y pueden transmitir datos de forma inalámbrica. Al controlar las texturas superficiales de MXenes, los investigadores pudieron controlar el rendimiento de detección de los sensores de tensión para varios exoesqueletos blandos. Los principios de diseño de sensores desarrollados mejorarán significativamente el rendimiento de las máscaras electrónicas y los robots blandos.

Los sensores se pueden recubrir en un brazo robótico como una piel electrónica para medir movimientos sutiles a medida que se estiran. Cuando se colocan a lo largo de las articulaciones de los brazos robóticos, los sensores permiten que el sistema comprenda con precisión cuánto se mueven los brazos robóticos y su posición actual en relación con el estado de reposo. Los sensores de deformación existentes disponibles en el mercado no tienen la precisión y la sensibilidad requeridas para llevar a cabo esta función.

Un área en la que los sensores de tensión podrían tener un buen uso es en la fabricación de precisión, donde los brazos robóticos se utilizan para realizar tareas complejas, como la fabricación de productos frágiles como microchips. Los brazos robóticos automatizados convencionales utilizados en la fabricación de precisión requieren cámaras externas dirigidas a ellos desde diferentes ángulos para ayudar a rastrear su posicionamiento y movimiento. Los sensores de tensión ultrasensibles ayudarán a mejorar la seguridad general de los brazos robóticos al proporcionar retroalimentación automatizada sobre movimientos precisos con un margen de error inferior a un grado y eliminarán la necesidad de cámaras externas, ya que pueden rastrear el posicionamiento y el movimiento sin ninguna entrada visual.

El avance tecnológico es el desarrollo de un proceso de producción que permite a los investigadores crear sensores ultrasensibles altamente personalizables en una amplia ventana de trabajo con altas relaciones señal-ruido. La ventana de trabajo de un sensor determina cuánto puede estirarse mientras mantiene sus cualidades de detección y tener una alta relación señal-ruido significa una mayor precisión, ya que el sensor puede diferenciar entre vibraciones sutiles y movimientos diminutos del brazo robótico.

Este proceso de producción permite al equipo personalizar sus sensores para cualquier ventana de trabajo entre 0 y 900 por ciento mientras mantiene una alta sensibilidad y una relación señal-ruido. Los sensores estándar normalmente pueden alcanzar un rango de hasta el 100 por ciento. Al combinar múltiples sensores con diferentes ventanas de trabajo, los investigadores pueden crear un solo sensor ultrasensible que de otro modo sería imposible de lograr.

Los sensores flexibles avanzados brindan a los robots portátiles suaves una capacidad importante para detectar el rendimiento motor de un paciente, particularmente en términos de su rango de movimiento. En última instancia, esto permitirá que el robot blando comprenda mejor la capacidad del paciente y brinde la asistencia necesaria para los movimientos de sus manos.

El equipo también busca mejorar las capacidades del sensor en robots de exoesqueleto blando para rehabilitación y en robots quirúrgicos para cirugía robótica transoral. Los tejidos cancerosos, por ejemplo, se sienten diferentes de los tejidos normales y sanos. Al agregar módulos de detección inalámbricos ultradelgados a herramientas robóticas largas, los cirujanos pueden alcanzar y operar en áreas donde sus manos no pueden alcanzar y potencialmente "sentir" la rigidez del tejido sin necesidad de una cirugía abierta.