혁신적 초박막 MXene 변형 센서, 로봇 팔 정밀도와 안전성 향상

싱가포르 국립대학교(NUS) 연구팀이 유연하고 신축성 있으며 전기 전도성이 있는 나노물질인 MXene을 사용하여 기존 기술보다 미세 움직임을 측정할 때 10배 더 민감한 새로운 나노물질 변형 센서 제품군을 개발함으로써 산업용 로봇 팔의 안전성과 정밀도 향상을 위한 첫걸음을 내디뎠습니다.

이 새로운 변형 센서는 초박막, 배터리 프리, 무선 데이터 전송이 가능합니다. 이러한 바람직한 특성으로 새로운 변형 센서는 광범위한 애플리케이션에 잠재적으로 사용될 수 있습니다.

Chen Po-Yen 조교수는 "기존 변형 센서의 성능은 항상 센싱 물질의 본질에 의해 제한되어 왔으므로, 사용자는 특정 애플리케이션에 맞게 센서를 맞춤화하는 데 제한된 옵션을 가졌습니다. 이 연구에서 우리는 MXene의 표면 텍스처를 제어하는 쉬운 전략을 개발했으며, 이는 다양한 소프트 외골격에 대한 변형 센서의 감지 성능을 제어할 수 있게 했습니다. 이 연구에서 개발된 센서 설계 원칙은 전자 피부와 소프트 로봇의 성능을 크게 향상시킬 것입니다."라고 설명했습니다.

새로운 변형 센서를 잘 활용할 수 있는 한 분야는 정밀 제조입니다. 여기서 로봇 팔은 마이크로칩 같은 깨지기 쉬운 제품 제조 등 복잡한 작업을 수행합니다. 센서는 전자 피부처럼 로봇 팔에 코팅되어 늘어나면서 미세한 움직임을 측정할 수 있습니다. 팔 관절을 따라 배치되면 변형 센서는 시스템이 로봇 팔이 얼마나 움직이고 있는지, 휴지 상태에 비해 현재 위치가 어떤지 정확히 이해하도록 합니다. 기존 시판 변형 센서는 이 기능을 수행하는 데 필요한 정확도와 민감도가 없습니다.

정밀 제조에 사용되는 기존 자동화 로봇 팔은 서로 다른 각도에서 그들을 향한 외부 카메라를 필요로 하여 위치와 움직임을 추적하는 데 도움을 줍니다. 이 초민감 변형 센서는 1도 미만의 오차 범위로 정확한 움직임에 대한 자동 피드백을 제공하여 로봇 팔의 전반적인 안전성을 향상시킬 것입니다. 시각적 입력 없이 위치와 움직임을 추적할 수 있어 외부 카메라가 필요 없게 됩니다.

기술적 돌파구는 연구자들이 넓은 작업 범위에서 높은 신호대잡음비를 유지하며 고도로 맞춤화 가능한 초민감 센서를 만들 수 있게 하는 생산 공정 개발입니다.

센서의 작업 범위는 감지 특성을 유지하면서 얼마나 늘어날 수 있는지를 결정합니다. 또한 높은 신호대잡음비는 더 높은 정확도를 의미하며, 이는 센서가 로봇 팔의 미세한 진동과 미세 움직임을 구별할 수 있게 합니다.

이 생산 공정은 팀이 0~900% 사이의 어떤 작업 범위로든 센서를 맞춤화하면서 높은 민감도와 높은 신호대잡음비를 유지할 수 있게 합니다. 표준 센서는 일반적으로 최대 100% 범위만 달성할 수 있습니다. 서로 다른 작업 범위를 가진 여러 센서를 결합함으로써 연구자들은 그렇지 않으면 달성 불가능한 단일 초민감 센서를 만들 수 있습니다.

연구팀은 소프트 로봇 재활 장갑의 소프트 외골격용 센서 애플리케이션 작동 프로토타입을 개발했습니다. 센서는 환자의 운동 수행 능력, 특히 운동 범위 측면에서 감지하는 능력을 부여합니다. 이는 궁극적으로 소프트 로봇이 환자의 능력을 더 잘 이해하고 손 움직임에 필요한 지원을 제공할 수 있게 할 것입니다.

팀은 현재 싱가포르 종합병원과 협력하여 재활용 소프트 외골격 로봇과 경구 로봇 수술용 수술 로봇에서의 적용을 탐구하고 있습니다. "외과의사로서 우리는 시력뿐만 아니라 촉각에도 의존하여 몸 안의 수술 부위를 느낍니다. 예를 들어 암 조직은 정상 건강 조직과 다르게 느껴집니다. 긴 로봇 도구에 초박막 무선 센싱 모듈을 추가함으로써 우리 손이 닿을 수 없는 영역에 도달하고 개복 수술 없이 조직 경도를 잠재적으로 '느낄' 수 있습니다."라고 싱가포르 종합병원의 Dr Lim Chwee Ming은 말했습니다.