초박형 배터리 프리 MXene 변형 센서, 산업용 로봇 팔 혁신

MXene이라 불리는 유연하고 신축성이 있으며 전기 전도성이 있는 나노 소재를 사용하여 초박형, 배터리 프리, 무선 데이터 전송이 가능한 새로운 변형 센서가 개발되었습니다. MXene의 표면 텍스처를 제어함으로써 연구자들은 다양한 소프트 외골격용 변형 센서의 감지 성능을 제어할 수 있었습니다. 개발된 센서 설계 원칙은 전자 피부와 소프트 로봇의 성능을 크게 향상시킬 것입니다.

이 센서는 로봇 팔에 전자 피부처럼 코팅되어 늘어날 때 미세한 움직임을 측정할 수 있습니다. 로봇 팔의 관절을 따라 배치하면 시스템이 로봇 팔이 얼마나 움직이고 있는지, 휴지 상태 대비 현재 위치가 어떤지 정확히 이해할 수 있습니다. 기존 시판 변형 센서는 이 기능을 수행하는 데 필요한 정확도와 감도가 없습니다.

변형 센서를 잘 활용할 수 있는 분야 중 하나는 정밀 제조입니다. 로봇 팔이 마이크로칩 같은 취약한 제품 제조와 같은 복잡한 작업을 수행하는 데 사용됩니다. 정밀 제조에 사용되는 기존 자동화 로봇 팔은 다양한 각도에서 그들을 겨냥한 외부 카메라를 필요로 하여 위치와 움직임을 추적하는 데 도움을 줍니다. 초고감도 변형 센서는 1도 미만의 오차 범위로 정확한 움직임에 대한 자동화된 피드백을 제공하여 로봇 팔의 전반적인 안전성을 개선하고, 시각적 입력 없이 위치와 움직임을 추적할 수 있어 외부 카메라의 필요성을 없애줍니다.

기술적 돌파구는 연구자들이 높은 신호 대 잡음비를 유지하면서 넓은 작동 범위에서 고도로 맞춤화 가능한 초고감도 센서를 만들 수 있는 생산 공정을 개발한 것입니다. 센서의 작동 범위는 감지 특성을 유지하면서 얼마나 늘어날 수 있는지를 결정하며, 높은 신호 대 잡음비는 센서가 로봇 팔의 미세한 진동과 미세한 움직임을 구별할 수 있어 더 높은 정확도를 의미합니다.

이 생산 공정을 통해 팀은 0~900% 사이의 어떤 작동 범위에도 맞춤화된 센서를 만들 수 있으며 높은 감도와 신호 대 잡음비를 유지할 수 있습니다. 표준 센서는 일반적으로 최대 100% 범위를 달성할 수 있습니다. 서로 다른 작동 범위를 가진 여러 센서를 결합함으로써 연구자들은 otherwise 불가능한 단일 초고감도 센서를 만들 수 있습니다.

첨단 유연 센서는 소프트 웨어러블 로봇에 환자의 운동 수행 능력, 특히 운동 범위 측면에서 중요한 감지 능력을 부여합니다. 이는 궁극적으로 소프트 로봇이 환자의 능력을 더 잘 이해하고 손 움직임에 필요한 지원을 제공할 수 있게 합니다.

팀은 또한 재활용 소프트 외골격 로봇과 경구 로봇 수술용 수술 로봇에서 센서의 능력을 개선하고자 합니다. 예를 들어 암 조직은 정상 건강 조직과 다르게 느껴집니다. 초박형 무선 감지 모듈을 긴 로봇 도구에 추가함으로써 외과의사는 손이 닿지 않는 부위에 도달하여 수술할 수 있고, 개복 수술 없이 조직 경도를 잠재적으로 '느낄' 수 있습니다.