Sensor Regangan Ultra Tipis dan Sangat Sensitif

Sebuah tim peneliti dari National University of Singapore (NUS) telah mengambil langkah pertama untuk meningkatkan keamanan dan presisi lengan robot industri dengan mengembangkan rangkaian baru sensor regangan bahan nano yang 10 kali lebih sensitif saat mengukur pergerakan menit, dibandingkan dengan teknologi yang ada. .

Dibuat menggunakan bahan nano yang fleksibel, dapat diregangkan, dan konduktif secara elektrik yang disebut MXenes, sensor regangan baru ini sangat tipis, bebas baterai, dan dapat mengirimkan data secara nirkabel. Dengan sifat yang diinginkan ini, sensor regangan baru berpotensi dapat digunakan untuk berbagai aplikasi.

Asisten Profesor Chen Po-Yen menjelaskan, “Kinerja sensor regangan konvensional selalu dibatasi oleh sifat bahan penginderaan, sehingga pengguna memiliki pilihan terbatas untuk menyesuaikan sensor untuk aplikasi tertentu. Dalam pekerjaan ini, kami telah mengembangkan strategi yang mudah untuk mengontrol tekstur permukaan MXenes, yang memungkinkan kami untuk mengontrol kinerja penginderaan sensor regangan untuk berbagai exoskeleton lunak. Prinsip-prinsip desain sensor yang dikembangkan dalam pekerjaan ini akan secara signifikan meningkatkan kinerja kulit elektronik dan robot lunak.”

Satu area di mana sensor regangan baru dapat digunakan dengan baik adalah dalam manufaktur presisi, di mana lengan robot digunakan untuk melakukan tugas-tugas rumit, seperti membuat produk rapuh seperti microchip. Sensor dapat dilapisi pada lengan robot seperti kulit elektronik untuk mengukur gerakan halus saat diregangkan. Ketika ditempatkan di sepanjang sendi lengan, sensor regangan memungkinkan sistem untuk memahami dengan tepat seberapa banyak lengan robot bergerak dan posisinya saat ini relatif terhadap keadaan istirahatnya. Sensor regangan yang tersedia saat ini tidak memiliki akurasi dan sensitivitas yang diperlukan untuk menjalankan fungsi ini.

Lengan robot otomatis konvensional yang digunakan dalam manufaktur presisi memerlukan kamera eksternal yang diarahkan ke mereka dari sudut yang berbeda untuk membantu melacak posisi dan gerakannya. Sensor regangan ultra-sensitif ini akan membantu meningkatkan keamanan keseluruhan lengan robot dengan memberikan umpan balik otomatis pada gerakan presisi dengan margin kesalahan di bawah satu derajat. Itu akan menghilangkan kebutuhan akan kamera eksternal, karena dapat melacak posisi dan pergerakan tanpa input visual apa pun.

Terobosan teknologi adalah pengembangan proses produksi yang memungkinkan para peneliti membuat sensor ultra-sensitif yang sangat dapat disesuaikan melalui jendela kerja yang lebar dengan rasio signal-to-noise yang tinggi.

Jendela kerja sensor menentukan seberapa banyak sensor dapat meregang sambil tetap mempertahankan kualitas penginderaannya. Selain itu, memiliki rasio signal-to-noise yang tinggi berarti akurasi yang lebih tinggi, yang memungkinkan sensor membedakan antara getaran halus dan gerakan kecil lengan robot.

Proses produksi ini memungkinkan tim untuk menyesuaikan sensor mereka ke jendela kerja apa pun antara 0 dan 900 persen, sambil mempertahankan sensitivitas tinggi dan rasio signal-to-noise yang tinggi. Sensor standar biasanya dapat mencapai jangkauan hanya hingga 100 persen. Dengan menggabungkan beberapa sensor dengan jendela kerja yang berbeda, para peneliti dapat membuat satu sensor ultra-sensitif yang tidak mungkin dicapai.

Tim peneliti mengembangkan prototipe kerja penerapan sensor untuk kerangka luar lunak dalam sarung tangan rehabilitasi robotik lunak. Sensor memberikan kemampuan untuk merasakan kinerja motorik pasien, terutama dalam hal rentang gerak mereka. Hal ini pada akhirnya akan memungkinkan robot lunak untuk lebih memahami kemampuan pasien dan memberikan bantuan yang diperlukan untuk gerakan tangan mereka.

Tim saat ini bekerja dengan Singapore General Hospital untuk mengeksplorasi aplikasi mereka pada robot soft exoskeleton untuk rehabilitasi dan robot bedah untuk bedah robotik transoral. “Sebagai ahli bedah, kami tidak hanya mengandalkan penglihatan kami, tetapi juga indera peraba kami, untuk merasakan area di dalam tubuh yang kami operasikan. Jaringan kanker, misalnya, terasa berbeda dari jaringan normal dan sehat. Dengan menambahkan modul penginderaan nirkabel ultra-tipis ke alat robotik yang panjang, kami dapat menjangkau dan beroperasi di area di mana tangan kami tidak dapat menjangkau dan berpotensi “merasakan” kekakuan jaringan tanpa perlu operasi terbuka,” kata Dr Lim Chwee Ming dari Singapura Rumah Sakit Umum.