30 mei. 2022
3 minuten
In industriële omgevingen kunnen robotarmen veiliger gemaakt worden, door het toepassen van een kunsthuid met warmtesensoren om, rondom, de nabijheid van mensen te detecteren.
Samenwerking tussen mensen en robots brengt gezondheids- en veiligheidsrisico’s met zich mee. Daarom moeten sommige robots uit de buurt van mensen blijven. Dit zorgt voor hoge kosten en een verslechtering van de interactie tussen mens en robot. Als er op robots sensoren zouden zitten om een persoon te detecteren, kunnen deze problemen opgelost worden.
De huidige generatie sensoren bestaat echter uit onpraktische, stijve en dikke elektronica. Onderzoekers van de TU/e hebben een manier ontworpen om flexibele, dunne en nauwkeurige sensorelektronica te maken die beter presteert dan veel huidige sensoren. Hun vondst is gepubliceerd in Nature Electronics.
"Veel industriële processen vragen om nauwe samenwerking tussen mens en robot", zegt onderzoeker Marco Fattori van de faculteit Electrical Engineering en de TU/e-startup MicroAlign. "Dat betekent dat de robots nauwkeurige nabijheidssensoren nodig hebben om te controleren of iemand te dicht bij de robot komt. Zodra hij iemand detecteert, schakelt de robot uit om te voorkomen dat de persoon gewond raakt."
Veel van de huidige sensoren zijn gebaseerd op siliciumcomponenten, maar deze zijn stijf en dik. Dit maakt het moeilijk en duur om ze op de buitenkant van een robot te plaatsen.
Nieuwe flexibele geprinte elektronica
"Het alternatief is flexibele geprinte elektronica, maar dit soort elektronica heeft minder mogelijkheden in vergelijking met siliciumchips", zegt Eugenio Cantatore van de faculteit Electrical Engineering. "Flexibele elektronica is traag en lawaaierig, wat de nauwkeurigheid negatief beïnvloedt. Maar in tegenstelling tot siliciumsensoren kunnen de flexibele exemplaren over grote oppervlakken worden geplaatst, zijn ze goedkoop te maken en kunnen ze in grote hoeveelheden worden geproduceerd."
Om het probleem van het maken van nauwkeurige en flexibele elektronica op te lossen, hebben Fattori en Cantatore, in samenwerking met onderzoekers in Frankrijk, Oostenrijk en het VK, nieuwe flexibele elektronica ontwikkeld. Hiervoor printen ze organische materialen op basis van polymeren. De printmethode maakt het mogelijk om in elke pixel van de constructie front-end elektronica te plaatsen.
"In feite hebben we elektronica op een vel plastic of folie geprint, waarna we de sensoren op een andere folie hebben geplaatst. Daarna hebben we de twee folies aan elkaar gelamineerd, resulterend in een ultraflexibele en dunne sensor", zegt Fattori. "Deze combinatie verbetert de signaalkwaliteit in vergelijking met eerdere sensoren."
De robotarm
Voor deze studie plaatsten de onderzoekers infrarode organische pyro-elektrische sensoren met lange golflengte in de flexibele folie. "We creëerden een groot flexibel vel folie vol met warmtesensoren. Hiermee is het mogelijk een structuur te bedekken, zoals bijvoorbeeld een robotarm", aldus Cantatare.
En dat is precies wat de onderzoekers deden. Zij wikkelden een flexibel vel met warmtesensoren rond een robotarm om een industriële werkomgeving te simuleren waarin een mens vlakbij een robot werkt.
"De flexibele sensor fungeert als een soort ‘kunsthuid’ voor de robot. Met de warmtesensoren kan de robot de aanwezigheid van een beweegbare warmtebron, zoals een persoon, detecteren op een afstand tot 0,4 meter afstand", aldus Fattori. "Bovendien kunnen de sensoren ook een menselijke hand detecteren die vanuit verschillende richtingen nadert en niet alleen van recht voor zich."
Naast toepassingen in de industrie met robots, constateren de onderzoekers op dat de mogelijkheid om betaalbare flexibele sensoren te produceren nuttig zou kunnen zijn op tal van andere gebieden, zoals in de gezondheidszorg. De sensoren zouden bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om de drukverdeling op een matras in kaart te brengen, en zo patiënten kunnen helpen om doorligwonden te voorkomen. Daarnaast zouden ze kunnen worden gebruikt om te controleren of ouderen thuis of in verzorgingstehuizen vallen, door sensoren in de vloeren aan te brengen. Dit soort sensoren zou zelfs kunnen worden afgestemd om de integriteit van vliegtuigvleugels te controleren.
Anderen lazen ook
