Эти новые тензодатчики, разработанные командой NUS, изготовлены с использованием гибких, растяжимых и электропроводящих наноматериалов, называемых MXenes. Они ультратонкие, не требуют батареек и могут передавать данные по беспроводной сети.
Обладая этими желательными свойствами, новые тензодатчики потенциально могут использоваться в широком спектре приложений.
Доцент Чен из отдела химической и биомолекулярной инженерии NUS объяснил: «Производительность обычных тензодатчиков всегда ограничивалась природой используемых чувствительных материалов, и у пользователей есть ограниченные возможности настройки датчиков для конкретных приложений. В этой работе мы разработали простую стратегию управления текстурами поверхности MXenes, и это позволило нам контролировать характеристики датчиков деформации для различных мягких экзоскелетов.
Принципы разработки сенсоров, разработанные в этой работе, значительно улучшат производительность электронных скинов и мягких роботов."
Прецизионное производство
Одна из областей, где новые тензодатчики могут найти хорошее применение, – это прецизионное производство, где роботизированные манипуляторы используются для выполнения сложных задач, таких как изготовление хрупких продуктов, таких как микрочипы.
Эти тензодатчики, разработанные исследователями NUS, могут быть покрыты роботизированной рукой, как электронная кожа, для измерения тонких движений при их растяжении. При размещении вдоль суставов роботизированных манипуляторов эти тензодатчики позволяют системе точно понимать, насколько перемещаются роботизированные манипуляторы и их текущее положение относительно состояния покоя.
Современные тензодатчики не обладают необходимой точностью и чувствительностью для выполнения этой функции.
Обычным автоматизированным роботизированным манипуляторам, используемым в прецизионном производстве, требуются внешние камеры, нацеленные на них под разными углами, чтобы помочь отслеживать их положение и движение. Сверхчувствительные датчики деформации, разработанные командой NUS, помогут повысить общую безопасность роботизированных рук, обеспечивая автоматическую обратную связь о точных движениях с погрешностью менее одного градуса, и устранят необходимость во внешних камерах, поскольку они могут отслеживать положение и движение без любой визуальный ввод.
«Realtek Singapore с большим удовольствием работает с доцентом Чен По-Йеном и его командой в NUS над разработкой модулей беспроводных датчиков, применимых к мягким роботам и промышленным роботизированным манипуляторам.
Наши совместно разработанные беспроводные датчики с характеристиками, определяемыми заказчиком, позволяют роботам выполнять высокоточные движения, а данные с обратной связью могут передаваться по беспроводной сети, что согласуется с подходами Realtek Singapore к беспроводной интеллектуальной фабрике. Realtek продолжит налаживать тесное сотрудничество с NUS, и мы с нетерпением ждем вывода технологий из лаборатории на рынок », – сказал д-р Йе По-Лех, председатель Realtek Singapore.
Настраиваемые сверхчувствительные датчики
Технологический прорыв – разработка производственного процесса, который позволяет исследователям NUS создавать настраиваемые сверхчувствительные датчики в широком рабочем окне с высоким отношением сигнал / шум.
Рабочее окно датчика определяет, насколько он может растянуться, сохраняя при этом свои чувствительные качества, а высокое отношение сигнал / шум означает большую точность, поскольку датчик может различать тонкие вибрации и мельчайшие движения манипулятора робота.
Этот производственный процесс позволяет команде настраивать свои датчики для любого рабочего окна от 0 до 900 процентов, сохраняя при этом высокую чувствительность и соотношение сигнал / шум. Стандартные датчики обычно могут достигать диапазона до 100%.
Объединив несколько датчиков с разными рабочими окнами, исследователи NUS могут создать один сверхчувствительный датчик, которого иначе было бы невозможно достичь.
Группе исследователей потребовалось два года, чтобы разработать этот прорыв, и с тех пор они опубликовали свою работу в научном журнале ACS Nano в сентябре 2020 года. У них также есть рабочий прототип применения мягких экзоскелетов в мягкой роботизированной реабилитационной перчатке.
«Эти усовершенствованные гибкие датчики дают нашим мягким носимым роботам важную возможность определять двигательную активность пациента, особенно с точки зрения диапазона их движений. Это в конечном итоге позволит мягкому роботу лучше понять способности пациента и оказать необходимую помощь в движениях его рук ", – сказал доцент Рэй Йоу, возглавляющий лабораторию мягкой робототехники в Департаменте биомедицинской инженерии NUS и руководящий отделом мягкой и гибридной робототехники. программа в рамках Национальной программы исследований и разработок в области робототехники.
Роботизированная хирургия
Команда также стремится улучшить возможности датчика и работать с Сингапурской больницей общего профиля, чтобы изучить возможность применения роботов с мягким экзоскелетом для реабилитации и хирургических роботов для трансоральной роботизированной хирургии.
"Как хирург, мы полагаемся не только на свое зрение, но и на осязание, чтобы почувствовать ту область внутри тела, где мы оперируем. Например, раковые ткани ощущаются иначе, чем нормальные здоровые ткани.
Добавляя ультратонкие беспроводные сенсорные модули к длинным роботизированным инструментам, мы можем дотянуться и работать в тех областях, куда наши руки не могут дотянуться, и потенциально «почувствовать» жесткость тканей без необходимости открытой операции », – сказал д-р Лим Чви Минг, старший Консультант отделения хирургии головы и шеи оториноларингологии, Сингапурская больница общего профиля.