Un capteur de pression extensible pourrait conduire à une meilleure robotique, prothèses

Un capteur de pression extensible pourrait conduire à une meilleure robotique, prothèses

Des capteurs de pression extensibles comme celui développé par Asst. Le professeur Sihong Wang (au centre) et les doctorants Qi Su (à gauche) et Yang Li (à droite) pourraient permettre des applications longtemps recherchées en robotique douce. Crédit : Université de Chicago

À l’avenir, des mains robotiques souples dotées de capteurs avancés pourraient aider à diagnostiquer et à soigner les patients ou à agir comme des prothèses plus réalistes.

Mais l’un des obstacles à l’encodage de mains robotiques souples avec des capacités de détection et une dextérité semblables à celles d’un humain a été l’extensibilité des capteurs de pression. Bien que les capteurs de pression, nécessaires à une main robotique pour saisir et ramasser un objet, ou même prendre le pouls d’un poignet, aient pu se plier ou s’étirer, leurs performances ont été considérablement affectées par de tels mouvements.

Des chercheurs de la Pritzker School of Molecular Engineering (PME) de l’Université de Chicago ont trouvé un moyen de résoudre ce problème et ont conçu un nouveau capteur de pression qui peut être étiré jusqu’à 50 % tout en maintenant presque les mêmes performances de détection. Il est également suffisamment sensible pour détecter la pression d’un petit morceau de papier, et il peut répondre aux pressions presque instantanément.

Les chercheurs ont attaché le capteur à une main robotique souple, qui a ensuite pu l’utiliser pour prendre les formes d’onde du pouls – le modèle de pression dynamique dans chaque battement de pouls – d’un poignet humain. Les résultats ont été publiés le 24 novembre dans Avancées scientifiques, et les chercheurs ont déposé un brevet pour la technologie.

« C’est le premier capteur de pression qui peut s’étirer tout en maintenant sa sensibilité élevée et son taux de réponse rapide », a déclaré Asst. Le professeur Sihong Wang, qui a dirigé la recherche. « Cela pourrait potentiellement être une technologie importante, à la fois dans la communauté de la recherche et dans l’industrie de la santé. »

Une conception spéciale à double couche

La création de capteurs de pression pouvant fonctionner sur la robotique souple a été difficile, car la peau étirée de la robotique souple pourrait introduire une contrainte latérale sur le capteur de pression. Cela introduit un autre signal mécanique dans le système, ce qui rend difficile le découplage de la pression et de la contrainte en mesures distinctes.

L’étudiant diplômé de Wang, Qi Su, a dirigé le développement d’un capteur qui fonctionne grâce à une nouvelle conception électrique à double couche. Les couches extérieures sont constituées d’une pâte de nanoparticules conductrices et extensibles et d’un élastomère. À l’intérieur se dressent de minuscules micropyramides. Lorsqu’une pression est exercée sur le capteur, les micropyramides se compressent légèrement, se connectant à une électrode, qui envoie un signal sur le niveau de pression.

Le matériau élastomère rend le capteur intrinsèquement extensible, mais les chercheurs ont augmenté la rigidité au bas de chaque micropyramide, de sorte que même lorsque le capteur est étiré et déformé, les micropyramides restent intactes. En fait, même lorsque le matériau est étiré jusqu’à 50 pour cent (le niveau d’étirement généralement nécessaire sur un corps humain), le capteur a conservé son haut niveau de sensibilité. Le capteur s’est également avéré robuste, ne perdant aucune de ses capacités de détection après avoir été étiré 500 fois.

Intégrer des capteurs à la robotique

Les applications d’un capteur de pression extensible sont nombreuses, mais Wang cite la récente pandémie de COVID-19 comme preuve de leur besoin immédiat. De nombreuses personnes coincées à la maison ont été reléguées à parler avec leurs médecins via la télémédecine virtuelle et ne pouvaient pas obtenir les soins diagnostiques ou thérapeutiques dont elles avaient besoin.

À l’avenir, un robot pourrait fournir un tel service. Wang et son équipe ont testé leur capteur sur une main robotique souple, qui a pu utiliser le capteur de pression pour saisir un poignet humain et enregistrer une forme d’onde de pouls. Un tel robot pourrait également utiliser le capteur de pression pour fournir une thérapie physique aux patients en exerçant une pression de massage contrôlée sur les parties du corps.

Le capteur pourrait également agir comme une peau électronique sur une prothèse. Par exemple, une prothèse de main robotique souple pourrait finalement ressentir la pression que ses doigts ressentent lorsqu’ils ramassent un objet.

Wang et son équipe s’efforcent d’ajouter plusieurs capteurs à la main du robot – en les élargissant à plusieurs doigts et en ajoutant de nouveaux types de capteurs capables de sentir la texture – et commencent des collaborations pour concevoir de futures applications prothétiques.

Les autres auteurs incluent Qiang Zou, Yang Li, Yuzhen Chen, Shan-Yuan Teng, Jane T. Kelleher, Romain Nith, Ping Cheng, Nan Li, Wei Liu, Shilei Dai, Youdi Liu, Alex Mazursky, Jie Xu, Lihua Jin, Pedro Lopes.


La percée du capteur de pression souple résout le goulot d’étranglement le plus difficile du domaine


Plus d’information:
Qi Su et al, Un capteur de pression extensible et sans contrainte pour la surveillance tactile sans interférence de mouvement sur la peau, Avancées scientifiques (2021). DOI : 10.1126 / sciadv.abi4563

Fourni par l’Université de Chicago

Citation: Un capteur de pression extensible pourrait conduire à une meilleure robotique et prothèse (2021, 24 novembre) récupéré le 24 novembre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-11-stretchable-pressure-sensor-robotics-prosthetics.html

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