Разработаны беспроводные, ультратонкие и автономные датчики деформации с чувствительностью в 10 раз выше

Исследовательская группа из Национального университета Сингапура (NUS) под руководством доцента Чэнь По-Йена сделала первый шаг к повышению безопасности и точности промышленных роботизированных манипуляторов. Они разработали новые наноматериальные датчики деформации, которые в 10 раз чувствительнее при измерении микроскопических движений по сравнению с существующими технологиями.

Эти новые датчики изготовлены из гибких, растяжимых и электропроводящих наноматериалов под названием MXenes. Они ультратонкие, не требуют батареек и могут передавать данные беспроводным способом. Благодаря этим свойствам датчики потенциально применимы в широком спектре областей.

Прецизионное производство

Одна из ключевых областей применения — прецизионное производство, где роботизированные манипуляторы выполняют сложные задачи, например, изготовление микрочипов.

Датчики можно нанести на манипулятор, как электронную кожу, для измерения малейших движений при растяжении. Размещённые на сочленениях, они позволяют системе точно понимать, насколько и как движется рука. Существующие коммерческие датчики не обладают необходимой для этого точностью и чувствительностью.

Обычно для отслеживания позиционирования таких манипуляторов требуются внешние камеры. Ультрачувствительные датчики от NUS повысят общую безопасность, обеспечивая автоматическую обратную связь о точных движениях с погрешностью менее одного градуса, и устранят необходимость во внешних камерах.

Настраиваемые и сверхчувствительные сенсоры

Технологический прорыв заключается в разработке производственного процесса, который позволяет создавать высоконастраиваемые сверхчувствительные датчики с широким рабочим диапазоном и высоким отношением сигнал/шум.

Этот процесс позволяет настраивать датчики на любой рабочий диапазон от 0 до 900%, сохраняя высокую чувствительность. Стандартные датчики обычно достигают диапазона до 100%. Комбинируя несколько датчиков с разными диапазонами, исследователи могут создать единый сверхчувствительный сенсор, невозможный при обычном подходе.

На разработку ушло два года, результаты опубликованы в журнале ACS Nano в сентябре 2020 года. У команды также есть рабочий прототип применения в мягком экзоскелете — реабилитационной роботизированной перчатке.

Роботизированная хирургия

Команда также работает над улучшением возможностей датчиков и сотрудничает с Госпиталем Сингапура (Singapore General Hospital), исследуя их применение в мягких экзоскелетах для реабилитации и в хирургических роботах для трансоральной роботизированной хирургии.

Добавление ультратонких беспроводных сенсорных модулей к длинным роботизированным инструментам позволит оперировать в недоступных для рук областях и потенциально «ощущать» жёсткость тканей без необходимости открытой операции.