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#Novedades de la industria
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El caucho, los semis y los sensores extensibles satisfacen las necesidades de las manos robóticas
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Los investigadores desarrollaron semiconductores gomosos para pieles robóticas y "inteligentes" necesarias para la traducción gestual, la detección háptica para la robótica y la bioelectrónica implantable.
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Es posible hacer que el silicio y los semiconductores sean algo flexibles utilizando un sustrato súper delgado, pero esto trae problemas de rendimiento y tiene otras limitaciones. Un equipo de la Universidad de Houston, en cambio, ha hecho todo lo posible por crear semiconductores gomosos que incluyen electrónica integrada, circuitos lógicos y pieles sensoriales ordenadas (Fig. 1). Las aplicaciones incluyen la robótica y las pieles "inteligentes" para la traducción de gestos del alfabeto del lenguaje de signos y la detección háptica para la robótica, así como la bioelectrónica.
1. Mediante el uso de un sustrato de polímero tipo caucho especialmente infundido más un gel de iones, los investigadores desarrollaron semiconductores y sensores altamente flexibles. (Fuente: Universidad de Houston)
Es posible hacer que el silicio y los semiconductores sean algo flexibles utilizando un sustrato súper delgado, pero esto trae problemas de rendimiento y tiene otras limitaciones. Un equipo de la Universidad de Houston, en cambio, ha hecho todo lo posible por crear semiconductores gomosos que incluyen electrónica integrada, circuitos lógicos y pieles sensoriales ordenadas (Fig. 1). Las aplicaciones incluyen la robótica y las pieles "inteligentes" para la traducción de gestos del alfabeto del lenguaje de signos y la detección háptica para la robótica, así como la bioelectrónica.
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1. Mediante el uso de un sustrato de polímero tipo caucho especialmente infundido más un gel de iones, los investigadores desarrollaron semiconductores y sensores altamente flexibles. (Fuente: Universidad de Houston)
Los investigadores combinaron su compuesto de caucho (polidimetilsiloxano, PDMS) como un semiconductor elástico con nanopartículas de plata con nanocables de plata recubiertas conformes (AuNP-AgNW) dispersas dentro del PDMS como conductor elástico. Se utilizó un gel de iones como dieléctrico de compuerta.
Un beneficio adicional de su enfoque es que no necesitaban crear un material único, lo que implicaría un diseño molecular y una síntesis sofisticados. En cambio, todos los materiales que utilizaron están disponibles en el mercado y pueden fabricarse fácilmente y tener un rendimiento estable. Fueron capaces de aumentar enormemente la movilidad de los transportistas al proporcionar caminos rápidos y, por lo tanto, una distancia de transporte más corta.
Algunos de los esfuerzos se centraron en transistores individuales detallados en su trabajo académico "Rubbery electronics and sensors from intrinsically stretchable elastomeric composites of semiconductors and conductors" (Electrónica y sensores de caucho a partir de compuestos elastoméricos intrínsecamente extensibles de semiconductores y conductores) en AAAS Science Advances (con extensas referencias al final), así como en Materiales Suplementarios en profundidad. Sin embargo, se trabajó en el uso de esta tecnología para crear sensores de deformación, presión y temperatura.
Por ejemplo, construyeron un sensor de deformación como canal con una longitud y un ancho de 50 mm y 5 mm, respectivamente, y un espesor de aproximadamente 100 nm (Fig. 2). La resistencia eléctrica del sensor aumentaba a medida que se estiraba. Cuando la deformación aplicada fue a lo largo de la dirección de la longitud del canal, la resistencia aumentó de 0,3 a 4,6 GΩ; se obtuvo un aumento aproximadamente lineal de la resistencia al estiramiento mecánico.
2. Sensores de deformación, presión y temperatura de caucho: Ilustración esquemática del sensor de deformación (a); fotografías de los sensores bajo diferentes niveles de deformación mecánica (b); resistencia eléctrica medida del sensor de deformación bajo diferentes niveles de deformación mecánica a lo largo de la dirección de la longitud del canal (negro) y perpendicular a la dirección de la longitud del canal (azul) (c); cambio relativo de la resistencia (ΔR/Ro) en el caso de estiramiento y liberación cíclica (d); factor de calibrado GF del sensor de deformación con respecto a las diferentes deformaciones (e); cambio de la resistencia eléctrica relativa (R/Ro) del sensor de presión con respecto al tiempo bajo diferentes niveles de presión (f); cambio de la resistencia eléctrica relativa del sensor de presión bajo un ciclo de carga (rojo) y descarga (azul) (g); cambio de la resistencia eléctrica relativa del sensor de temperatura con respecto a las diferentes temperaturas (h). (Fuente de la imagen: University of Houston)
Para una demostración más tangible del potencial de la electrónica y los sensores elásticos, el equipo equipó una mano robótica (Star Wars Science, brazo robótico Darth Vader) con sensores de temperatura y presión colocados en las falanges en lugar de en las articulaciones de los dedos, para evitar la salida acoplada de los movimientos de los dedos (Fig. 3). Esta piel artificial puede proporcionar capacidades como la interpretación de gestos y la detección háptica para robots. Los sensores de deformación traducen directamente un gesto en un parámetro eléctrico como la resistencia para proporcionar datos para la comprensión del lenguaje de signos, entre otras aplicaciones.
3. Pieles robóticas intrínsecamente elásticas, elásticas y elásticas, basadas en electrónica: Fotografías de una mano robótica con sensores de goma intrínsecamente extensibles (a); fotografía de sensores de deformación situados en las bisagras de un dedo robótico (vista superior, izquierda) y fotografía superpuesta del dedo robótico con diferentes ángulos de flexión de 0° a 90° (vista lateral, derecha) (b): resistencia eléctrica del sensor de deformación bajo diferentes grados de flexión (c); demostración de la utilización de una serie de sensores de deformación en una mano robótica para la traducción de alfabetos de lenguaje de signos (d). Los esquemas de la mano coloreada son valores de resistencia eléctrica que corresponden a los gestos de la mano (ver los Materiales Complementarios y las figuras S11 y S12 para más detalles). Fotografías de la mano robótica con la temperatura (e). (Fuente: Universidad de Houston)
El investigador principal, Cunjiang Yu, profesor adjunto de ingeniería mecánica de Bill D. Cook, dijo que los próximos pasos consistirán en aumentar aún más la movilidad del operador y construir una jerarquía más compleja y circuitos digitales integrados de alto nivel.
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