Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur (NUS), dirigido por el profesor asistente Chen Po-Yen, ha dado el primer paso hacia la mejora de la seguridad y 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 a la hora de medir movimientos diminutos, en comparación con la tecnología existente.

Fabricado con flexible, estirable y nanomateriales conductores de electricidad llamados MXenes, Estos novedosos sensores de deformación desarrollados por el equipo de NUS son ultradelgados, sin batería y puede transmitir datos de forma inalámbrica. Con estas propiedades deseables, Los nuevos sensores de deformación se pueden utilizar potencialmente para una amplia gama de aplicaciones.

Profesor asistente Chen, que es del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de NUS, explicado, "El rendimiento de los sensores de deformación convencionales siempre ha estado limitado por la naturaleza de los materiales de detección utilizados, y los usuarios tienen opciones limitadas para personalizar los sensores para aplicaciones específicas. En este trabajo, hemos desarrollado una estrategia fácil para controlar las texturas superficiales de MXenes, y esto nos permitió controlar el rendimiento de detección de los sensores de tensión para varios exoesqueletos blandos. Los principios de diseño de sensores desarrollados en este trabajo mejorarán significativamente el rendimiento de las pieles electrónicas y los robots blandos ".

Fabricación de precisión

Un área en la que los nuevos sensores de deformación podrían utilizarse bien es en la fabricación de precisión, donde se utilizan brazos robóticos para realizar tareas complejas, como fabricar productos frágiles como microchips.

Estos sensores de tensión desarrollados por los investigadores de NUS se pueden recubrir en un brazo robótico como una piel electrónica para medir movimientos sutiles a medida que se estiran. Cuando se coloca a lo largo de las articulaciones de los brazos robóticos, Estos sensores de tensión permiten que el sistema comprenda con precisión cuánto se mueven los brazos robóticos y su posición actual en relación con el estado de reposo. Los sensores de deformación actuales disponibles en el mercado no tienen la precisión y sensibilidad necesarias 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. Los sensores de tensión ultrasensibles desarrollados por el equipo de NUS ayudarán a mejorar la seguridad general de los brazos robóticos al proporcionar retroalimentación automatizada sobre movimientos precisos con un margen de error por debajo de un grado. y elimine la necesidad de cámaras externas, ya que pueden rastrear el posicionamiento y el movimiento sin ninguna entrada visual.

"Es un gran placer para Realtek Singapore trabajar con el profesor asistente Chen Po-Yen y su equipo en NUS para el desarrollo de módulos de sensores inalámbricos aplicables a robots blandos y brazos robóticos industriales. Nuestros sensores inalámbricos desarrollados conjuntamente con el rendimiento de detección designado por el cliente permitir que los robots realicen movimientos de alta precisión, y los datos de detección de retroalimentación se pueden transmitir de forma inalámbrica, que son coherentes con los enfoques de Realtek Singapur en fábrica inteligente inalámbrica. Realtek continuará construyendo una sólida colaboración con NUS y esperamos llevar las tecnologías del laboratorio al mercado. "dijo el Dr. Yeh Po-Leh, Presidente de Realtek Singapur.

Personalizable sensores ultrasensibles

El avance tecnológico es el desarrollo de un proceso de producción que permite a los investigadores de NUS 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 sin dejar de mantener sus cualidades de detección y tener una alta relación señal / ruido significa una mayor precisión, ya que el sensor puede diferenciar 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 relación señal-ruido. Los sensores estándar generalmente pueden alcanzar un rango de hasta el 100 por ciento. Combinando múltiples sensores con diferentes ventanas de trabajo, Los investigadores de NUS pueden crear un único sensor ultrasensible que de otro modo sería imposible de lograr.

El equipo de investigación tardó dos años en desarrollar este avance y desde entonces ha publicado su trabajo en la revista científica. ACS Nano en septiembre de 2020. También tienen un prototipo funcional de la aplicación de exoesqueletos blandos en un guante de rehabilitación robótico blando.

"Estos sensores flexibles avanzados brindan a nuestros robots portátiles suaves una capacidad importante para detectar el rendimiento motor del 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 proporcione la asistencia necesaria para los movimientos de sus manos. "dijo la profesora asociada Raye Yeow, que dirige un laboratorio de robótica blanda en el Departamento de Ingeniería Biomédica de NUS, y lidera el programa de Robótica Suave e Híbrida de la Oficina del Programa Nacional de Investigación y Desarrollo de Robótica.

Cirugía robótica

El equipo también busca mejorar las capacidades del sensor y trabajar con el Hospital General de Singapur para explorar la aplicación en robots de exoesqueleto blando para rehabilitación y en robots quirúrgicos para cirugía robótica transoral.

"Como cirujano, confiamos no solo en nuestra vista sino también en nuestro sentido del tacto para sentir el área dentro del cuerpo donde operamos. Tejidos cancerosos, por ejemplo, sentirse diferente de lo normal, tejido sano. 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 la necesidad de una cirugía abierta, "dijo el Dr. Lim Chwee Ming, Consultora Senior, Otorrinolaringología-Cirugía de cabeza y cuello, Hospital General de Singapur.