Sensores de tensión ultradelgados y altamente sensibles

Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha dado un primer paso para mejorar la seguridad y la precisión de los brazos robóticos industriales mediante el desarrollo de una nueva gama de sensores de deformación de nanomateriales que son 10 veces más sensibles al medir movimientos diminutos, en comparación con la tecnología existente. .

Fabricados con nanomateriales flexibles, estirables y eléctricamente conductores llamados MXenes, estos novedosos sensores de tensión son ultradelgados, no requieren batería y pueden transmitir datos de forma inalámbrica. Con estas propiedades deseables, los sensores de deformación novedosos se pueden usar potencialmente para una amplia gama de aplicaciones.

El profesor asistente Chen Po-Yen explicó:“El rendimiento de los sensores de deformación convencionales siempre ha estado limitado por la naturaleza de los materiales de detección, por lo que los usuarios han tenido opciones limitadas para personalizar los sensores para aplicaciones específicas. En este trabajo, hemos desarrollado una estrategia sencilla para controlar las texturas superficiales de MXenes, lo que nos ha permitido controlar el rendimiento de detección de sensores de deformación para varios exoesqueletos blandos. Los principios de diseño de sensores desarrollados en este trabajo mejorarán significativamente el rendimiento de las máscaras electrónicas y los robots blandos”.

Un área en la que los sensores de tensión novedosos 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 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, los sensores de tensión permiten que el sistema comprenda con precisión cuánto se mueven los brazos robóticos y su posición actual en relación con su 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.

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. Estos sensores de tensión ultrasensibles ayudarán a mejorar la seguridad general de los brazos robóticos al proporcionar información automatizada sobre movimientos precisos con un margen de error inferior a un grado. Eso eliminará 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 ha permitido 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. Además, tener una alta relación señal-ruido significa una mayor precisión, lo que permite que el sensor diferencie 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, manteniendo una alta sensibilidad y una alta relación señal-ruido. Los sensores estándar normalmente pueden alcanzar un rango de solo 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.

El equipo de investigación desarrolló un prototipo funcional de la aplicación de sensores para los exoesqueletos blandos en un guante blando de rehabilitación robótica. Los sensores imparten la capacidad de 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 está trabajando actualmente con el Hospital General de Singapur para explorar su aplicación en robots de exoesqueleto blando para rehabilitación y en robots quirúrgicos para cirugía robótica transoral. “Como cirujanos, confiamos no solo en nuestra vista, sino también en nuestro sentido del tacto, para sentir el área interna del cuerpo que estamos operando. Los tejidos cancerosos, por ejemplo, se sienten diferentes a los tejidos normales y sanos. Al agregar módulos de detección inalámbricos ultradelgados a herramientas robóticas largas, podemos alcanzar y operar en áreas donde nuestras manos no pueden alcanzar y potencialmente "sentir" la rigidez del tejido sin necesidad de una cirugía abierta”, dijo el Dr. Lim Chwee Ming de Singapur. Hospital General.