Sensores de Tensión MXene Ultra-delgados y Sin Batería Revolucionan Brazos Robóticos Industriales

Fabricados usando nanomateriales flexibles, elásticos y eléctricamente conductivos llamados MXenes, se desarrollaron nuevos sensores de tensión que son ultra-delgados, sin batería y pueden transmitir datos inalámbricamente. Al controlar las texturas superficiales de los MXenes, los investigadores pudieron controlar el rendimiento de sensado de sensores de tensión para varios exoesqueletos suaves. Los principios de diseño de sensores desarrollados mejorarán significativamente el rendimiento de pieles electrónicas y robots suaves.

Los sensores pueden recubrirse 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 brazos robóticos, los sensores permiten al sistema entender con precisión cuánto se mueven los brazos robóticos y su posición actual relativa al estado de reposo. Los sensores de tensión comerciales actuales no tienen la precisión y sensibilidad requeridas para realizar esta función.

Un área donde los sensores de tensión podrían ponerse a buen uso es la fabricación de precisión, donde se usan brazos robóticos para realizar tareas intrincadas como fabricar productos frágiles como microchips. Los brazos robóticos automatizados convencionales usados en fabricación de precisión requieren cámaras externas apuntándoles desde diferentes ángulos para ayudar a rastrear su posicionamiento y movimiento. Los sensores de tensión ultra-sensibles 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 eliminar la necesidad de cámaras externas, ya que pueden rastrear posicionamiento y movimiento sin ninguna entrada visual.

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

Este proceso de producción permite al equipo personalizar sus sensores a cualquier ventana de trabajo entre 0 y 900 por ciento manteniendo alta sensibilidad y relación señal-ruido. Los sensores estándar típicamente logran un rango de hasta 100 por ciento. Al combinar múltiples sensores con diferentes ventanas de trabajo, los investigadores pueden crear un solo sensor ultra-sensible que de otra manera sería imposible de lograr.

Los sensores flexibles avanzados dan a los robots suaves portátiles una capacidad importante en el sensado del rendimiento motor de un paciente, particularmente en términos de su rango de movimiento. Esto finalmente permitirá al robot suave entender mejor la capacidad de un paciente y proporcionar la asistencia necesaria a sus movimientos de mano.

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