Capteurs de contrainte ultra-minces et sans pile pour bras robotiques industriels

Fabriqués à l'aide de nanomatériaux flexibles, extensibles et électriquement conducteurs appelés MXenes, de nouveaux capteurs de contrainte ont été développés qui sont ultra-minces, sans batterie et peuvent 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 mous. Les principes de conception des capteurs développés amélioreront considérablement les performances des skins électroniques et des robots mous.

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

Un domaine où les capteurs de contrainte pourraient être utilisés à bon escient est la fabrication de précision, où des bras robotiques sont utilisés pour effectuer des tâches complexes telles que la fabrication de produits fragiles comme les micropuces. Les bras robotiques automatisés conventionnels utilisés dans la fabrication de précision nécessitent des caméras externes dirigées vers eux sous différents angles pour aider à suivre leur positionnement et leur mouvement. Les capteurs de contrainte ultra-sensibles contribueront à améliorer la sécurité globale des bras robotiques en fournissant une rétroaction automatisée sur des mouvements précis avec une marge d'erreur inférieure à un degré et en supprimant le besoin de caméras externes, car ils peuvent suivre le positionnement et le mouvement 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 sur bruit élevés. La fenêtre de travail d'un capteur détermine son étirement tout en conservant ses qualités de détection. Un rapport signal/bruit élevé signifie une plus grande précision, car le capteur peut différencier les vibrations subtiles des mouvements infimes du bras robotique.

Ce processus de production permet à l'équipe de personnaliser ses capteurs pour n'importe quelle fenêtre de travail entre 0 et 900 % tout en maintenant une sensibilité et un rapport signal/bruit élevés. Les capteurs standard 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 confèrent aux robots portables souples une capacité importante de détection des performances motrices d'un patient, en particulier 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 la main.

L'équipe cherche également à améliorer les capacités du capteur dans les robots exosquelettes mous 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 à de longs outils robotiques, les chirurgiens peuvent atteindre et opérer dans des zones où leurs mains ne peuvent pas atteindre et potentiellement "sentir" la raideur des tissus sans avoir besoin d'une chirurgie ouverte.