초박형 및 고감도 스트레인 센서

NUS(National University of Singapore)의 연구팀은 기존 기술에 비해 미세한 움직임을 측정할 때 10배 더 민감한 나노 물질 스트레인 센서의 새로운 범위를 개발하여 산업용 로봇 팔의 안전성과 정밀도 향상을 위한 첫걸음을 내디뎠습니다. .

MXene이라고 하는 유연하고 신축성 있고 전기적으로 전도성인 나노물질을 사용하여 제작된 이 새로운 스트레인 센서는 배터리가 필요 없는 초박형이며 무선으로 데이터를 전송할 수 있습니다. 이러한 바람직한 특성으로 인해 새로운 스트레인 센서는 광범위한 응용 분야에 잠재적으로 사용될 수 있습니다.

첸 포옌(Chen Po-Yen) 조교수는 “기존 스트레인 센서의 성능은 항상 감지 재료의 특성으로 인해 제한을 받아 사용자가 특정 응용 분야에 맞게 센서를 맞춤화할 수 있는 옵션이 제한적이었습니다. 이 작업에서 우리는 다양한 부드러운 외골격에 대한 스트레인 센서의 감지 성능을 제어할 수 있는 MXene의 표면 질감을 제어하는 ​​손쉬운 전략을 개발했습니다. 이 작업에서 개발된 센서 설계 원리는 전자 스킨과 소프트 로봇의 성능을 크게 향상시킬 것입니다.”

새로운 스트레인 센서가 잘 사용될 수 있는 한 영역은 마이크로칩과 같은 깨지기 쉬운 제품을 제조하는 것과 같은 복잡한 작업을 수행하기 위해 로봇 팔이 사용되는 정밀 제조입니다. 센서는 전자 피부처럼 로봇 팔에 코팅되어 늘어나면서 미묘한 움직임을 측정할 수 있습니다. 팔의 관절을 따라 배치될 때 스트레인 센서를 사용하면 시스템이 로봇 팔이 얼마나 움직이는지와 정지 상태에 대한 현재 위치를 정확하게 이해할 수 있습니다. 현재 기성품 스트레인 센서에는 이 기능을 수행하는 데 필요한 정확도와 감도가 없습니다.

정밀 제조에 사용되는 기존의 자동화 로봇 팔은 위치와 움직임을 추적하는 데 도움이 되도록 다양한 각도에서 외부 카메라를 겨냥해야 합니다. 이 초고감도 스트레인 센서는 1도 미만의 오차 마진으로 정밀한 움직임에 대한 자동화된 피드백을 제공하여 로봇 팔의 전반적인 안전성을 개선하는 데 도움이 됩니다. 그러면 시각적 입력 없이 위치 및 움직임을 추적할 수 있으므로 외부 카메라가 필요하지 않습니다.

기술 혁신은 연구원들이 높은 신호 대 잡음비로 넓은 작업 창에서 고도로 맞춤화 가능한 초고감도 센서를 만들 수 있도록 하는 생산 공정의 개발입니다.

센서의 작업 창은 감지 품질을 유지하면서 확장할 수 있는 정도를 결정합니다. 또한 신호 대 잡음비가 높으면 정확도가 높아져 센서가 로봇 팔의 미세한 진동과 미세한 움직임을 구별할 수 있습니다.

이 생산 프로세스를 통해 팀은 높은 감도와 높은 신호 대 잡음비를 유지하면서 센서를 0~900% 사이의 작업 창에 맞게 사용자 지정할 수 있습니다. 표준 센서는 일반적으로 최대 100%의 범위에 도달할 수 있습니다. 여러 센서를 서로 다른 작업 창과 결합하여 연구원들은 다른 방법으로는 달성할 수 없는 단일 초고감도 센서를 만들 수 있습니다.

연구팀은 부드러운 로봇 재활 장갑에 부드러운 외골격 센서를 적용하는 작업 프로토타입을 개발했습니다. 센서는 특히 운동 범위 측면에서 환자의 운동 성능을 감지하는 기능을 제공합니다. 이를 통해 궁극적으로 소프트 로봇이 환자의 능력을 더 잘 이해하고 환자의 손 움직임에 필요한 지원을 제공할 수 있습니다.

이 팀은 현재 싱가포르 종합병원과 협력하여 재활을 위한 부드러운 외골격 로봇과 구강 로봇 수술을 위한 외과 로봇에서의 적용을 탐구하고 있습니다. “외과 의사로서 우리는 시력뿐만 아니라 촉각에 의존하여 수술하는 신체 내부 영역을 느낍니다. 예를 들어, 암 조직은 정상의 건강한 조직과 느낌이 다릅니다. 싱가포르의 Lim Chwee Ming 박사는 긴 로봇 도구에 초박형 무선 감지 모듈을 추가함으로써 손이 닿지 않는 영역에 도달하고 수술할 수 있으며 잠재적으로 조직 경직을 "느낄" 수 있다고 말했습니다. 종합병원.