新加坡國立大學(xué)（NUS）的研究團隊在陳寶炎副教授的帶領(lǐng)下，通過開發(fā)新的納米材料應(yīng)變傳感器系列，大大提高了工業(yè)機器人手臂的安全性和精度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該應(yīng)變傳感器在測量運動時更加靈敏。

由NUS團隊開發(fā)的新型應(yīng)變傳感器采用稱為MXenes的柔性，可拉伸和導(dǎo)電納米材料制成，具有超薄，無電池的特點，并且可以無線傳輸數(shù)據(jù)。憑著這些的特性，新型的應(yīng)變傳感器在廣泛的多應(yīng)用中具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

國立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系的陳教授助理解釋說：“傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感器的性能一直受到所用傳感材料的性質(zhì)的限制，并且用戶針對特定應(yīng)用定制傳感器的選擇有限。通過這項工作，我們開發(fā)了一種控制MXenes表面紋理的簡便策略，這使我們能夠控制各種軟外骨骼的應(yīng)變傳感器的傳感性能，這項工作中開發(fā)的傳感器設(shè)計原理將顯著提高電子皮膚的性能。和軟機器人。”

精密制造

可以很好地使用新型應(yīng)變傳感器的領(lǐng)域之一是精密制造，其中機械臂用于執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，例如制造易碎產(chǎn)品（如微芯片）。

由NUS研究人員開發(fā)的這些應(yīng)變傳感器可以涂在像電子皮膚一樣的機械手臂上，以測量拉伸時的細(xì)微運動。當(dāng)沿著機械臂的關(guān)節(jié)放置時，這些應(yīng)變傳感器可使系統(tǒng)精確地了解機械臂在移動多少以及它們相對于靜止?fàn)顟B(tài)的當(dāng)前位置。當(dāng)前的現(xiàn)成應(yīng)變傳感器沒有執(zhí)行該功能所需的精度和靈敏度。

精密制造中使用的常規(guī)自動機械臂需要從不同角度對準(zhǔn)它們的外部攝像頭，以幫助跟蹤其定位和運動。NUS團隊開發(fā)的超靈敏應(yīng)變傳感器將通過提供精確動作的自動反饋（誤差范圍小于1度）來幫助改善機械臂的整體安全性，并且無需外部攝像頭，因為它們可以跟蹤定位和運動，而無需任何視覺輸入。

“瑞昱新加坡很高興與陳寶仁教授及其在國大的團隊合作開發(fā)適用于軟機器人和工業(yè)機械臂的無線傳感器模塊。我們共同開發(fā)了具有客戶指定感測性能的無線傳感器允許機器人進(jìn)行高精度運動，并且可以無線傳輸反饋感應(yīng)數(shù)據(jù)，這與Realtek Singapore在無線智能工廠中的方法緊密結(jié)合，Realtek將繼續(xù)與NUS建立牢固的合作關(guān)系，期待把該技術(shù)從實驗室推向市場?！盧ealtek新加坡董事長Yeh Po-Leh博士說。

可定制的超靈敏傳感器

技術(shù)突破是生產(chǎn)工藝的發(fā)展，這使NUS研究人員可以在寬信噪比高的工作范圍內(nèi)創(chuàng)建高度可定制的超靈敏傳感器。

傳感器的工作窗口確定了它可以伸展的程度，同時仍保持其傳感質(zhì)量，并且具有高信噪比意味著更高的精度，因為傳感器可以區(qū)分機械臂的細(xì)微振動和微小運動。

通過這種生產(chǎn)過程，團隊可以在0至900％之間的任何工作窗口內(nèi)自定義其傳感器，同時保持高靈敏度和信噪比。標(biāo)準(zhǔn)傳感器通?？梢赃_(dá)到100％的范圍。通過將具有不同工作窗口的多個傳感器組合在一起，NUS研究人員可以創(chuàng)建單個超敏感傳感器，否則該傳感器將無法實現(xiàn)。

研究團隊花了兩年的時間開發(fā)出這一突破，并于2020年9月在科學(xué)期刊ACS Nano上發(fā)表了他們的工作。他們還擁有在軟機器人康復(fù)手套中應(yīng)用軟外骨骼的工作原型。

“這些先進(jìn)的柔性傳感器使我們的可穿戴軟機器人具有重要的能力來感知患者的運動表現(xiàn)，尤其是在運動范圍方面。這最終將使軟機器人能夠更好地了解患者的能力并為他們的手部運動提供必要的幫助”，新加坡國立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系軟機器人實驗室負(fù)責(zé)人Raye Yeow副教授說，他領(lǐng)導(dǎo)著國家機器人研發(fā)計劃辦公室的軟與混合機器人計劃。

機器人手術(shù)

該團隊還希望提高傳感器的功能，并與新加坡綜合醫(yī)院合作，探索其在軟外骨骼機器人中的應(yīng)用以及在經(jīng)口機器人手術(shù)中的手術(shù)機器人中的應(yīng)用。

“作為外科醫(yī)生，我們不僅依靠視線，還依靠觸覺來感知我們進(jìn)行手術(shù)的身體內(nèi)部區(qū)域。例如，癌組織感覺與正常，健康的組織不同。通過增加超薄無線網(wǎng)絡(luò)感應(yīng)模塊到長的機器人工具，我們可以在手無法觸及并可能“感覺”到組織僵硬的區(qū)域進(jìn)行操作，而無需進(jìn)行開放式手術(shù)?！倍茄屎眍^顱外科高級顧問Lim Chwee Ming博士說新加坡總醫(yī)院頸外科。
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