Учёные создали материал, способный чувствовать прикосновения

Более 8000 пьезоэлектрических транзисторов и каждый способен "чувствовать" прикосновение

(фото Georgia Tech).

Новейшая разработка инженеров из Технологического института Джорджии действительно внешне напоминает кусок прозрачного пластика

(фото Gary Meek/Georgia Institute of Technology).

Учёные создали массивы со стороной в 92 транзистора. Слева вверху показан снимок, полученный сканирующим электронным микроскопом

(фото Georgia Tech).

Машины способны видеть и слышать лучше, чем человек, но с чувствительностью естественной кожи пока мало что может соперничать. Команда инженеров из Технологического института Джорджии (Georgia Tech) представила своё новое изобретение: чувствительный к давлению эластичный материал, который состоит из ряда транзисторов. Пластинка из такого материала может принимать практически любые формы, к тому же он достаточно восприимчив к давлению, чтобы сравниться с человеческими пальцами.

Применений новинке может быть масса: во-первых, на основе такого материала можно создать экран для смартфона, который будет реагировать только на прикосновения пальцев владельца; во-вторых, его можно будет использовать для изготовления протезов, чтобы человек с ампутированной конечностью не терял радости чувствовать прикосновения; в-третьих, такую технологию можно использовать в охранных системах.

Для создания сенсора инженеры взяли за основу пьезоэлектрический материал. Принцип его работы заключается в том, что при нажатии, деформации или растяжении индуцируется электрический сигнал, и наоборот, при помещении пьезоэлектрика в электрическое поле, он деформируется под воздействием заряда.

Пьезоэлектрики широко используются в быту, например, в зажигалках или дверных звонках. Как правило, подобные материалы воспринимались учёными как альтернативный источник энергии, но команда из Технологического института Джорджии взглянула на явление под другим углом.

Более 8000 пьезоэлектрических транзисторов и каждый способен "чувствовать" прикосновение (фото Georgia Tech).

Ведущий автор исследования Чжун Лин Ван (Zhong Lin Wang) задался вопросом, что произойдёт, если использовать материал в транзисторе, базовом компоненте любого электронного устройства? Транзисторы служат переключателями между двумя различными состояниями — нулём и единицей — в компьютерных чипах, что является основой обработки информации. Чтобы создать новый транзистор, учёные использовали оксид цинка, который обладает пьезоэлектрическими свойствами, а также является полупроводником.

В лаборатории инженеры "выращивали" пучки микроскопических проводов из оксида цинка, помещая их между двумя электродами из оксида индия олова. Каждый транзистор состоял из 1500 вертикально расположенных нанопроводков (диаметром 500-600 нанометров). Благодаря крохотным размерам, тысячу таких транзисторов можно уместить на одной монетке. Расположенные в ряд транзисторы, покрытые слоем полимеров, выглядят как кусок прозрачного пластика.

Новый материал способен не только посылать электрический сигнал при любом прикосновении, но и определять степень давления, а также различать, к какому именно участку прикасаются. Теперь можно с уверенностью заявить, что материал работает по принципу человеческой кожи (он "ощущает" нажатие в 10 килопаскалей, то есть по чувствительности сопоставим с человеческой кожей).

Подобное исследование проводилось в ноябре 2012 года под руководством Чженань Бао (Zhenan Bao), чья команда создала синтетическую структуру, обладающую двумя важнейшими свойствами кожи: чувствительностью и способностью к самовосстановлению. "Эта работа является наглядной демонстрацией потенциальной способности нанопроводов воспринимать прикосновения", — комментирует Бао.

Учёные создали массивы со стороной в 92 транзистора. Слева вверху показан снимок, полученный сканирующим электронным микроскопом (фото Georgia Tech).

Одним из главных преимуществ разработки Вана является непревзойдённая прочность и устойчивость нового материала к повреждениям. Благодаря полимерной базе, его можно не только сгибать и растягивать множество раз, но и помещать его в воду (в том числе солёную). Как сообщается в пресс-релизе, в ходе испытаний пластинку поместили в ёмкость с дистиллированной и (отдельно) солёной водой на целый день, после чего она исправно работала.

Масса достоинств нового материала открывает новые возможности перед учёными. Новинку можно будет использовать как для изготовления протезов, так и для покрытия экранов.

С результатами работы учёных можно ознакомиться в статье журнала Science. В дальнейшем команда Вана планирует в три раза улучшить чувствительность материала за счёт использования вместо пучков отдельных нанопроводков.

Также по теме:
Искусственная кожа способна чувствовать прикосновения и залечивать раны
Новый электронный сенсор способен соперничать по чувствительности с человеческой кожей
Наноинженеры создали "умные пальцы" для виртуальных ощущений
Робот научился осязать лучше человека
Плёнка-акробат научилась производить электроэнергию из воздуха
Учёные научились получать энергию от жуков-киборгов
Изобретение французских учёных может произвести революцию в промышленности