超薄型・電池不要MXene歪みセンサーが産業用ロボットアームを革新
柔軟で伸縮性があり、電気伝導性を持つナノ材料MXeneを用いて、超薄型、電池不要、ワイヤレスデータ伝送可能な新規歪みセンサーが開発されました。MXeneの表面テクスチャーを制御することで、さまざまなソフトエクソスケルトン向けに歪みセンサーのセンシング性能を制御可能になりました。開発されたセンサー設計原則は、電子スキンとソフトロボットの性能を大幅に向上させます。
センサーはロボットアームに電子スキンのように塗布でき、伸縮時に微細な動きを測定します。ロボットアームの関節に配置すると、システムがロボットアームの動きの程度と静止状態からの相対位置を正確に把握できます。市販の歪みセンサーには、この機能を果たすために必要な精度と感度がありません。
歪みセンサーが役立つ分野の一つは精密製造です。ロボットアームがマイクロチップのような壊れやすい製品の製造など複雑なタスクを遂行する場面です。従来の精密製造用自動ロボットアームは、異なる角度から向けられた外部カメラを必要とし、位置と動きを追跡していました。超高感度歪みセンサーは、誤差1度未満で精密な動きへの自動フィードバックを提供し、視覚入力なしで位置と動きを追跡できるため、外部カメラを不要にし、ロボットアームの全体的な安全性を向上させます。
技術的ブレークスルーは、高い信雑比を維持しながら広い作動ウィンドウで高度にカスタマイズ可能な超高感度センサーを作成できる製造プロセスの開発です。センサーの作動ウィンドウは、センシング品質を維持しながらどれだけ伸縮できるかを決定し、高い信雑比は微細な振動とロボットアームの微小な動きを区別できるため、より高い精度を意味します。
この製造プロセスにより、チームは0〜900%の任意の作動ウィンドウでセンサーをカスタマイズしながら、高感度と高信雑比を維持できます。標準センサーは通常100%までの範囲しか達成できません。異なる作動ウィンドウを持つ複数のセンサーを組み合わせることで、単一の超高感度センサーでは不可能な、単一の超高感度センサーを作成できます。
高度な柔軟センサーは、ソフトウェアラブルロボットに患者の運動能力、特に可動域を感知する重要な能力を与えます。これにより、ソフトロボットが患者の能力をより良く理解し、手の動きに必要な支援を提供できるようになります。
チームはまた、リハビリテーション用ソフトエクソスケルトンロボットや、経口ロボット手術用サージカルロボットでのセンサー能力向上も目指しています。例えば、癌組織は正常な健康組織とは異なる感触を持ちます。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、外科医は手が届かない領域に到達・手術でき、開腹手術なしで組織の硬さを「感じ取る」ことが可能になります。
センサー
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