超薄型で高感度のひずみセンサー

シンガポール国立大学（NUS）の研究チームは、既存の技術と比較して、微小な動きを測定するときに10倍の感度を持つ新しい範囲のナノ材料ひずみセンサーを開発することにより、産業用ロボットアームの安全性と精度の向上に向けた第一歩を踏み出しました。 。

MXenesと呼ばれる柔軟で伸縮性のある導電性ナノ材料を使用して製造されたこれらの新しいひずみセンサーは、超薄型でバッテリー不要であり、データをワイヤレスで送信できます。これらの望ましい特性により、新しいひずみセンサーは幅広いアプリケーションに使用できる可能性があります。

Chen Po-Yen助教は、次のように説明しています。「従来のひずみセンサーの性能は、センシング材料の性質によって常に制限されていたため、ユーザーは特定のアプリケーション向けにセンサーをカスタマイズするための選択肢が限られていました。この作業では、MXenesの表面テクスチャを制御するための簡単な戦略を開発しました。これにより、さまざまな柔らかい外骨格のひずみセンサーの検出性能を制御できるようになりました。この作業で開発されたセンサー設計の原則は、電子スキンとソフトロボットのパフォーマンスを大幅に向上させます。」

新しいひずみセンサーを有効に活用できる分野の1つは、ロボットアームを使用して、マイクロチップなどの壊れやすい製品の製造などの複雑なタスクを実行する精密製造です。センサーは、電子皮膚のようにロボットアームにコーティングして、伸ばされたときの微妙な動きを測定できます。アームの関節に沿って配置すると、ひずみセンサーにより、システムはロボットアームがどれだけ動いているか、および静止状態に対する現在の位置を正確に把握できます。現在の既製のひずみセンサーには、この機能を実行するために必要な精度と感度がありません。

精密製造で使用される従来の自動ロボットアームでは、位置と動きを追跡するために、さまざまな角度からそれらに向けられた外部カメラが必要です。これらの超高感度ひずみセンサーは、1度未満の許容誤差で正確な動きに関する自動フィードバックを提供することにより、ロボットアームの全体的な安全性を向上させるのに役立ちます。これにより、視覚的な入力なしでポジショニングと動きを追跡できるため、外部カメラが不要になります。

技術的な進歩は、研究者が高い信号対雑音比を備えた広い作業ウィンドウ上で高度にカスタマイズ可能な超高感度センサーを作成することを可能にした製造プロセスの開発です。

センサーの作業ウィンドウは、センサーの品質を維持しながら、センサーがどれだけ伸びることができるかを決定します。また、信号対雑音比が高いということは、精度が高いことを意味し、センサーがロボットアームの微妙な振動と微妙な動きを区別できるようにします。

この製造プロセスにより、チームは、高感度と高信号対雑音比を維持しながら、センサーを0〜900パーセントの任意の作業ウィンドウにカスタマイズできます。標準のセンサーは通常、最大100パーセントの範囲しか達成できません。複数のセンサーを異なる作業ウィンドウと組み合わせることで、研究者は、他の方法では実現できない単一の超高感度センサーを作成できます。

研究チームは、ソフトロボットリハビリテーショングローブのソフト外骨格用センサーのアプリケーションの実用的なプロトタイプを開発しました。センサーは、特に可動域の観点から、患者の運動能力を感知する能力を与えます。これにより、最終的にソフトロボットは患者の能力をよりよく理解し、手の動きに必要な支援を提供できるようになります。

チームは現在、シンガポール総合病院と協力して、リハビリテーション用の軟らかい外骨格ロボットおよび経口ロボット手術用の外科用ロボットへの応用を模索しています。 「外科医として、私たちは視覚だけでなく触覚にも依存して、手術をしている体内の領域を感じます。たとえば、癌性組織は、正常で健康な組織とは異なった感じがします。長いロボットツールに超薄型ワイヤレスセンシングモジュールを追加することで、手が届かない領域に到達して操作し、開腹手術を必要とせずに組織の硬さを「感じる」ことができます」とシンガポールのLimChweeMing博士は述べています。総合病院。