産業用ロボットアーム用の超薄型、バッテリー不要のひずみセンサー
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、超薄型でバッテリー不要で、データをワイヤレスで送信できる新しいひずみセンサーが開発されました。 MXeneの表面テクスチャを制御することにより、研究者は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することができました。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。
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。センサーをロボットアームの関節に沿って配置すると、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。
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作業を実行する精密製造です。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。超高感度ひずみセンサーは、1度未満の誤差マージンで正確な動きに自動フィードバックを提供することでロボットアームの全体的な安全性を向上させ、視覚的な入力なしで位置と動きを追跡できるため、外部カメラの必要性を排除します。
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できるようにする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、どれだけ伸ばすことができるかを決定します。センサーは、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ため、信号対雑音比が高いということは、精度が高くなることを意味します。
この製造プロセスにより、チームは、高感度と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。標準センサーは通常、最大100パーセントの範囲を達成できます。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。
高度なフレキシブルセンサーは、ソフトウェアラブルロボットに、特に可動域の観点から、患者の運動能力を感知する重要な機能を提供します。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。
チームはまた、リハビリテーション用のソフト外骨格ロボットと経口ロボット手術用の外科用ロボットのセンサー機能を改善することを目指しています。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。非常に薄いワイヤレスセンシングモジュールを長いロボットツールに追加することで、外科医は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。
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