Новый электронный сенсор способен соперничать по чувствительности с человеческой кожей

a - конструкция сенсора, b - иллюстрация гибкости собранного датчика, c - изображение массива нановолокон (масштабная линейка √ 1 микрометр), d - схематическая иллюстрация нагрузок (давление, сдвиг, кручение), е - изменение сопротивления при работе датчика

(иллюстрация C. Pang et al./Nature Materials/MBSLAB, SNU).

Графики изменения электрического сопротивления, полученные в процессе подпрыгивания на кусочке "искусственной кожи" микрокапли, а также при приложении сенсора к пульсирующему сосуду

(иллюстрация C. Pang et al./Nature Materials).

Учёные продемонстрировали возможности гибкого сенсора, выпустив на него настоящую божью коровку

(фото MSBLAB, SNU).

На картинке показана схема сенсора и фотография нановолосков, полученная сканирующим электронным микроскопом

(иллюстрация MBSLAB, SNU).

Группа учёных из национального университета Сеула (Seoul National University) под руководством Кап-Яна Суха (Kahp-Yang Suh) совместно с американскими коллегами разработала новый тип искусственной кожи, которая представляет собой ультрачувствительный тензометрический датчик

В своей статье, опубликованной в журнале Nature Materials, учёные сообщают, что конструкцию датчика, реагирующего на любую деформацию, им подсказали жуки. Тела этих насекомых покрыты крошечными волосками, которые соприкасаются с аналогичными волосками на крыльях. Такая система позволяет им чувствовать малейшее внешнее раздражение.

Чтобы воссоздать сенсорные способности жуков, команда учёных изготовила полимерный материал, представляющий собой множество волокон длиной один микрометр и диаметром 100 нанометров, закреплённых на гибком основании. Для того чтобы материал проводил электрический ток, полимерные волоски покрыли тонким слоем платины. Получилась своеобразная щётка.

Инженеры создали две идентичные пластины и совместили их таким образом, чтобы волокна одной располагались между волокнами другой и при этом соприкасались.

При подаче напряжения сила тока в такой системе будет различна для каждого отдельного волоска, в зависимости от того со сколькими соседями он соприкоснётся. То есть электрическое сопротивление системы будет варьироваться в зависимости от типа внешней стимуляции.

Сверху устройство покрыли слоем мягкого защитного полимера. Исследователи провели многочисленные испытания изобретения.

Когда сенсор подвергался внешнему воздействию, покрытые металлом волоски, меняли своё положение. При этом менялось электрическое сопротивление датчика. Выяснилось, что сенсор чувствителен к давлению всего в 5 паскалей (нежнее, чем самое лёгкое прикосновение).

Наблюдая за тем, как меняется сопротивление в ответ на механическое напряжение, а затем восстанавливается после его снятия, Су и его коллеги смогли различить три типа механического воздействия: прямое давление на поверхность, трение скольжения по поверхности и кручение вращательным движением. Ранее ни одному датчику, имитирующему кожу человека, не удавалось показать такую чувствительность.

В процессе тестирования искусственной кожи исследователи обнаружили, что она может "прочувствовать" путь крошечной божьей коровки, когда та пробегает по сенсорной поверхности, движение капли воды или даже еле уловимое биение человеческого сердца, как если бы мы прикладывали пальцы к нашей коже. Безусловно, область применения такого сенсора огромна, уверяют исследователи.

Изобретение корейских инженеров способно заменить более сложные устройства, которые позволяют роботам ощущать окружающую среду, считают специалисты. Неоспоримым преимуществом нового сенсора будет простота его создания и удобство эксплуатации.

Вероятно, в будущем новая искусственная кожа сможет найти свое место не только в роботехнике, но и в медицине. В частности, её использование актуально при потере чувствительности человеческой кожи или для восстановления тактильных ощущений у людей с протезами.

Кроме того, создателями чудо-кожи уже сейчас ведутся переговоры по созданию системы мониторинга сердечной деятельности с использованием нового сенсора.