高感度のセラミックス (Sensitive ceramics)

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2024-11-14 スイス連邦材料試験研究所 (EMPA)

Empa(スイス連邦材料科学技術研究所)の研究チームは、セラミック粒子を基にした柔軟で高感度なセンサー材料を開発しました。これらのセンサーは、温度、ひずみ、圧力、湿度などを感知でき、医療やソフトロボティクス分野での応用が期待されています。研究では、セラミック粒子を伸縮性のあるプラスチックに埋め込むことで、柔軟性と感度を両立したセンサーを作製しました。さらに、これらのセンサーを義手に組み込むことで、指の曲げや熱い表面の感知が可能となり、ロボットの把持ツールや人間の義手の性能向上に寄与することが示されました。この研究成果は、2024年11月14日に発表されました。

<関連情報>

固有受容バイオハイブリッドロボットのクローズドループ制御可能なアクチュエーションのためのセンサ内蔵筋肉 Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots

Miriam Filippi, Aiste Balciunaite, Antonia Georgopoulou, Pablo Paniagua, Felix Drescher, Minghao Nie, Shoji Takeuchi, Frank Clemens, Robert K. Katzschmann
Advanced Intelligent Systems  Published: 24 September 2024
DOI:https://doi.org/10.1002/aisy.202400413

高感度のセラミックス (Sensitive ceramics)

Abstract

Biohybrid robots are soft robots that exploit unique characteristics of biological cells and tissues for motion generation. Skeletal muscle tissue-based bioactuators respond to externally applied stimuli, such as electrical fields. However, current bioactuation systems rely on open-loop control strategies that lack knowledge of the actuator’s state. The regulation of output force and position of biohybrid robots requires self-sensing control systems that combine bioactuators with sensors and control paradigms. Herein, a soft, fiber-shaped mechanical sensor based on a piezoresistive composite is proposed that efficiently integrates with engineered skeletal muscle tissue and senses its contracting states in a cell culture environment in the presence of applied electrical fields. After testing the sensor’s insulation and biocompatibility, its sensitivity for typical strains (<1%) is characterized, and its ability is proven to detect motions from contractile skeletal muscle tissue constructs. Finally, it is shown that the sensor response can feed an autonomous control system, thus demonstrating the first proprioceptive biohybrid robot that senses and responds to its contraction state. In addition to inspiring implantable systems, biomedical models, and other bioelectronic devices, the proposed technology will confer biohybrids with decisional autonomy, thus driving the paradigm shift between bioactuators and intelligent biohybrid robots.

0403電子応用
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