Capteurs de contrainte MXene ultra-fins, sans batterie, révolutionnent les bras robotiques industriels

Fabriqués à l'aide de nanomatériaux flexibles, extensibles et électriquement conducteurs appelés MXenes, de nouveaux capteurs de contrainte ont été développés, ultra-fins, sans batterie et capables de transmettre des données sans fil. En contrôlant les textures de surface des MXenes, les chercheurs ont pu contrôler les performances de détection des capteurs de contrainte pour divers exosquelettes souples. Les principes de conception des capteurs développés amélioreront significativement les performances des peaux électroniques et des robots souples.

Les capteurs peuvent être enduits sur un bras robotique comme une peau électronique pour mesurer des mouvements subtils lorsqu'ils sont étirés. Placés le long des articulations des bras robotiques, les capteurs permettent au système de comprendre précisément combien les bras robotiques bougent et leur position actuelle par rapport à l'état de repos. Les capteurs de contrainte du commerce n'ont pas la précision et la sensibilité requises pour effectuer cette fonction.

Un domaine où les capteurs de contrainte pourraient être mis à profit est la fabrication de précision, où les bras robotiques sont utilisés pour réaliser des tâches complexes telles que la fabrication de produits fragiles comme les puces électroniques. Les bras robotiques automatisés conventionnels utilisés dans la fabrication de précision nécessitent des caméras externes pointées vers eux sous différents angles pour aider à suivre leur positionnement et leurs mouvements. Les capteurs de contrainte ultra-sensibles amélioreront la sécurité globale des bras robotiques en fournissant un retour automatisé sur les mouvements précis avec une marge d'erreur inférieure à un degré et élimineront le besoin de caméras externes, car ils peuvent suivre le positionnement et les mouvements sans aucune entrée visuelle.

La percée technologique est le développement d'un processus de production qui permet aux chercheurs de créer des capteurs ultra-sensibles hautement personnalisables sur une large fenêtre de travail avec des rapports signal/bruit élevés. La fenêtre de travail d'un capteur détermine combien il peut s'étirer tout en maintenant ses qualités de détection et avoir un rapport signal/bruit élevé signifie une plus grande précision, car le capteur peut différencier entre vibrations subtiles et mouvements minimes du bras robotique.

Ce processus de production permet à l'équipe de personnaliser leurs capteurs pour toute fenêtre de travail entre 0 et 900 % tout en maintenant une haute sensibilité et un rapport signal/bruit. Les capteurs standards peuvent généralement atteindre une plage allant jusqu'à 100 %. En combinant plusieurs capteurs avec différentes fenêtres de travail, les chercheurs peuvent créer un seul capteur ultra-sensible qui serait autrement impossible à réaliser.

Les capteurs flexibles avancés donnent aux robots portables souples une capacité importante pour détecter la performance motrice d'un patient, particulièrement en termes d'amplitude de mouvement. Cela permettra finalement au robot souple de mieux comprendre la capacité d'un patient et de fournir l'assistance nécessaire à ses mouvements de main.

L'équipe cherche également à améliorer les capacités du capteur dans les robots exosquelettes souples pour la rééducation et dans les robots chirurgicaux pour la chirurgie robotique transorale. Les tissus cancéreux, par exemple, se sentent différents des tissus normaux et sains. En ajoutant des modules de détection sans fil ultra-fins aux longs outils robotiques, les chirurgiens peuvent atteindre et opérer dans des zones où leurs mains ne peuvent pas atteindre et potentiellement « ressentir » la rigidité des tissus sans avoir besoin de chirurgie ouverte.