超薄高灵敏度应变传感器
新加坡国立大学 (NUS) 的一个研究小组通过开发一系列新的纳米材料应变传感器，在提高工业机械臂的安全性和精度方面迈出了第一步，与现有技术相比，这些传感器在测量微小运动时的灵敏度提高了 10 倍.
这些新型应变传感器由称为 MXenes 的柔性、可拉伸和导电纳米材料制成，超薄、无电池，并且可以无线传输数据。凭借这些理想的特性，新型应变传感器具有广泛的应用潜力。
Chen Po-Yen 助理教授解释说：“传统应变传感器的性能一直受到传感材料性质的限制，因此用户针对特定应用定制传感器的选择有限。在这项工作中，我们开发了一种简单的策略来控制 MXenes 的表面纹理，这使我们能够控制各种软外骨骼的应变传感器的传感性能。在这项工作中开发的传感器设计原理将显着提高电子皮肤和软机器人的性能。”
可以很好地利用新型应变传感器的一个领域是精密制造，其中机械臂用于执行复杂的任务，例如制造微芯片等易碎产品。传感器可以像电子皮肤一样涂在机械臂上，以测量它们被拉伸时的细微运动。当沿着手臂的关节放置时，应变传感器使系统能够准确地了解机器人手臂的移动量以及它们相对于静止状态的当前位置。目前现成的应变传感器不具备执行此功能所需的精度和灵敏度。
用于精密制造的传统自动化机械臂需要外部摄像头从不同角度瞄准它们，以帮助跟踪它们的定位和运动。这些超灵敏应变传感器将通过提供精确运动的自动反馈，误差低于 1 度，有助于提高机械臂的整体安全性。这将消除对外部摄像头的需求，因为它们无需任何视觉输入即可跟踪定位和运动。
技术突破是开发了一种生产工艺，使研究人员能够在具有高信噪比的宽工作窗口内创建高度可定制的超灵敏传感器。
传感器的工作窗口决定了它可以拉伸多少，同时仍保持其传感质量。此外，具有高信噪比意味着更高的精度，这使传感器能够区分机械臂的细微振动和微小运动。
这个生产过程允许团队将他们的传感器定制到 0% 到 900% 之间的任何工作窗口，同时保持高灵敏度和高信噪比。标准传感器通常只能达到 100% 的范围。通过将多个传感器与不同的工作窗口相结合，研究人员可以创建一个单一的超灵敏传感器，这在其他情况下是不可能实现的。
研究小组开发了一个将传感器应用于软机器人康复手套中的软外骨骼的工作原型。传感器赋予了感知患者运动表现的能力，特别是在他们的运动范围方面。这最终将使软机器人能够更好地了解患者的能力，并为他们的手部动作提供必要的帮助。
该团队目前正在与新加坡中央医院合作，探索其在用于康复的软外骨骼机器人和用于经口机器人手术的手术机器人中的应用。 “作为一名外科医生，我们不仅依靠我们的视力，还依靠我们的触觉来感受我们正在手术的身体内部区域。例如，癌变组织与正常健康组织的感觉不同。通过将超薄无线传感模块添加到长机器人工具中，我们可以到达并在我们的手无法到达的区域进行操作，并可能“感觉到”组织僵硬，而无需进行开放式手术，”新加坡的 Lim Chwee Ming 博士说综合医院。
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