用于工业机械臂的超薄、无电池应变传感器
使用称为 MXenes 的柔性、可拉伸和导电纳米材料制造，开发了超薄、无电池且可以无线传输数据的新型应变传感器。通过控制 MXenes 的表面纹理，研究人员能够控制各种软外骨骼的应变传感器的传感性能。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。
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。当沿着机械臂的关节放置时，传感器可以让系统准确了解机械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。
可以很好地利用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。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。超灵敏应变传感器将有助于提高机械臂的整体安全性，通过提供精确运动的自动反馈，误差范围低于 1 度，并且无需外部摄像头，因为它们可以在没有任何视觉输入的情况下跟踪定位和运动。
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，并且具有高信噪比意味着更高的精度，因为传感器可以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信噪比。标准传感器通常可以达到高达 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。
先进的柔性传感器为软体可穿戴机器人提供了感知患者运动表现的重要能力，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。
该团队还希望提高传感器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能力。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，外科医生可以在手无法触及的区域进行操作，并可能“感受”组织僵硬，而无需进行开放式手术。
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