Les capteurs de contrainte ultra-sensibles peuvent-ils être conçus pour servir la robotique avancée ?

La robotique est déjà largement utilisée pour fournir l’automatisation dans la fabrication et la médecine, entre autres applications. Désormais, les chercheurs souhaitent rendre leur utilisation plus sûre, plus précise et plus efficace avec l’invention de capteurs de contrainte à base de nanomatériaux dotés d’une sensibilité avancée.

Une équipe de l’Université nationale de Singapour (NUS) développé les capteurs, qui sont ultra-mince, sans batterie, peut transmettre des données sans fil et sont dix fois plus sensible que la technologie existante lorsqu’il s’agit de mesurer des mouvements minuscules ; les chercheurs ont dit.

Pour obtenir ces résultats, les chercheurs ont utilisé MXenes, des matériaux 2D à base de carbone hautement conducteurs, ce qui leur a permis de contrôler les performances de détection des capteurs de contrainte pour divers exosquelettes mous, a déclaré le professeur assistant de NUS Chen Po-Yen, qui a dirigé les travaux.

« Les performances des capteurs de contrainte conventionnels ont toujours été limitées par la nature des matériaux de détection utilisés, et les utilisateurs ont des options limitées pour personnaliser les capteurs pour des applications spécifiques », a-t-il déclaré.

La recherche et les principes de conception des capteurs établis par l’équipe peuvent être appliqués à l’amélioration des performances des peaux électroniques ainsi que des robots mous, a déclaré Po-Yen.

Anatomie des capteurs

Les capteurs de contrainte mesurent la pression et sont des robots à sens unique qui « sentent » la pression à appliquer dans une certaine situation, par exemple pour ramasser ou placer un objet.

La fenêtre de travail d’un capteur détermine généralement de combien il peut s’étirer tout en conservant ses qualités de détection ainsi qu’un rapport signal/bruit élevé. Ce dernier donne au capteur plus de précision en termes de différenciation entre les vibrations subtiles et les mouvements infimes du bras robotique, ont déclaré les chercheurs.

Ce que les chercheurs de NUS ont réalisé est de développer un processus de production pour créer des capteurs personnalisables et ultra-sensibles avec une large fenêtre de travail et des rapports signal/bruit élevés, ont-ils déclaré. Auparavant, il était très difficile de produire des capteurs personnalisables adaptés à des applications particulières, ont-ils déclaré.

Plus précisément, le processus permet aux chercheurs de personnaliser les capteurs pour n’importe quelle fenêtre de travail entre 0 et 900 % tout en maintenant une sensibilité et un rapport signal/bruit élevés. Il s’agit d’une augmentation significative par rapport aux capteurs standard, qui atteignent généralement une plage allant jusqu’à 100%, ont déclaré les chercheurs.

De plus, en combinant plusieurs capteurs avec différentes fenêtres de travail, les chercheurs peuvent créer un seul capteur ultra-sensible qui serait autrement probablement impossible à réaliser, a déclaré Po-Yen.

Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux, qui ont mis deux ans à se développer, dans la revue ACS Nano.

Applications potentielles

L’équipe a également développé un prototype fonctionnel de leur processus et des capteurs de contrainte résultants dans les exosquelettes mous d’un gant de rééducation robotique souple, l’une des nombreuses applications pour le travail.

« Ces capteurs flexibles avancés confèrent à nos robots portables souples une capacité importante pour détecter les performances motrices du patient, en particulier en termes d’amplitude de mouvement », a déclaré Raye Yeow, professeur agrégé de NUS. « Cela permettra à terme au robot doux de mieux comprendre les capacités du patient et de fournir l’assistance nécessaire aux mouvements de sa main. »

Une autre application des capteurs de contrainte est la fabrication de précision pour aider les bras robotiques à effectuer des tâches plus complexes, telles que l’assemblage de produits fragiles tels que des micropuces, ont déclaré les chercheurs.

Pour cette utilisation, les capteurs peuvent être enduits sur un bras robotique comme une peau électronique pour mesurer les mouvements au fur et à mesure de leur étirement. Lorsqu’ils sont placés le long des articulations des bras robotiques, ils peuvent permettre une précision de position et de mouvement que les capteurs de contrainte courants n’ont pas, ont déclaré les chercheurs.

Les capteurs peuvent également augmenter la technologie telle que les caméras dirigées sous différents angles qui sont actuellement utilisées pour suivre le positionnement et le mouvement des bras robotiques dans les paramètres d’usine, améliorant ainsi la sécurité globale en suivant des mouvements plus précis, ont-ils déclaré.

Les robots chirurgicaux pourraient également bénéficier de l’amélioration de capteurs de contrainte plus précis, ainsi que de nouvelles applications médicales telles que les robots à exosquelette souple pour la rééducation, ont ajouté les chercheurs.