211service.com
Elektrinė oda, kuri konkuruoja su tikruoju daiktu
Žmogaus odos lytėjimo jautrumą sunku atkurti, ypač ant didelių, lanksčių paviršių. Tačiau dvi Kalifornijos tyrimų grupės sukūrė slėgio jutimo prietaisus, kurie gerokai patobulina naujausią techniką.
Jautri oda: Naujas lytėjimo jutiklis gali aptikti švelnų išlipusio vabzdžio prisilietimą.
Viena, kurią pagamino Stanfordo universiteto mokslininkai, yra pagrįsta organine elektronika ir yra 1000 kartų jautresnė už žmogaus odą. Antrasis, pagamintas Kalifornijos universiteto Berklio tyrėjų, naudoja integruotas nanolaidinių tranzistorių matricas ir reikalauja labai mažai energijos. Abu įrenginiai yra lankstūs ir gali būti spausdinami dideliuose plotuose; jie aprašomi šią savaitę atskiruose žurnalo straipsniuose Gamtos medžiagos .
Labai jautrūs paviršiai gali padėti robotams paimti gležnus objektus jų nesulaužant, suteikti protezams lytėjimo pojūtį ir suteikti chirurgams tikslesnę minimaliai invazinei chirurgijai naudojamų įrankių kontrolę. Mūsų tikslas yra imituoti žmogaus odą, sako Zhenan Bao chemijos inžinerijos profesorius Stanforde. Žmogaus oda greitai reaguoja į spaudimą ir gali aptikti tokius mažus objektus kaip smėlio grūdelis ir šviesą kaip vabzdys.
Bao įrenginio šerdį sudaro skaidrus silicio turintis polimeras, vadinamas PDMS. Šios medžiagos gebėjimas kaupti krūvį tiesiogiai priklauso nuo jos storio. Prieš keletą metų mokslininkai vadovaujami Takao Someya Tokijo universitete pasinaudojo šia savybe, naudodamas PDMS kaip izoliacinį sluoksnį lanksčiuose organiniuose tranzistoriuose, kurie veikė kaip slėgio jutikliai. Tačiau šie jutikliai buvo riboti: suspaustos PDMS molekulės keičia konformaciją ir užtrunka, kol jos grįžta į pradinę būseną.
Bao išsprendė šią problemą, modeliuodamas polimerinę medžiagą mikrostulpelių masyvais, kurie atsistoja nuo liečiamo paviršiaus. Ši konstrukcija leidžia medžiagai lankstytis ir greitai grįžti į pradinę formą, o tai reiškia, kad galima greitai matuoti slėgį iš eilės. Mikrostruktūra taip pat pagerina prietaiso jautrumą. Švelniausias žmogaus odos spaudimas yra maždaug vienas kilopaskalis; Bao prietaisai gali aptikti 1000 kartų švelnesnį slėgį.
Šis metodas gali būti naudojamas lanksčioms medžiagoms gaminti naudojant nebrangius spausdinimo būdus, tačiau gautam įrenginiui veikti reikia aukštos įtampos. Ali Javey , Kalifornijos universiteto Berklio elektrotechnikos ir informatikos profesorius, sukonstravo mažos galios lytėjimo jutiklius, pagrįstus neorganinių nanolaidinių tranzistorių matricomis. Tranzistoriai yra išdėstyti po komerciškai prieinamos laidžios gumos sluoksniu, kuriame yra anglies nanodalelių, ir prijungti prie jo. Suspaudus gumą, pasikeičia jos elektrinė varža, o tai gali aptikti tranzistoriai. Nanolaideliai naudojami kaip aktyvioji elektronika, kad lytėjimo jutiklis būtų paleistas viršuje, aiškina jis.
Nanolaidiniai tranzistoriai siūlo žemos įtampos veikimą ir greitą perjungimo greitį lanksčiame paviršiuje. „Bao“ įrenginiams veikti reikia apie 20 voltų, o „Javey“ – mažiau nei penkių voltų.
Javey sukūrė jutiklių matricas, kurių kvadratas yra apie 50 centimetrų. Bao sukūrė apskritus matricas, kurių skersmuo yra šiek tiek didesnis nei 10 centimetrų. Abu mokslininkai teigia, kad jų įrenginių dydį riboja tik laboratorijoje esantys įrankiai – Javey atveju kontaktinio spausdintuvo dydis, o Bao atveju – formos, naudojamos PDMS formuoti, dydis.
Dirbtinė oda gali suteikti didelių pranašumų manipuliuojant robotais Matei Ciocarlie , mokslininkas Willow Garage, asmeninės robotų kompanijos, įsikūrusios Menlo parke, Kalifornijoje. Kai robotas manipuliuoja objektu, tas objektas dažnai gali būti paslėptas nuo kamerų ir kitų jutiklių, todėl lytėjimo jutimas gali suteikti naudingų atsiliepimų. Prisilietimo jutimas taip pat gali padėti robotams išvengti kliūčių ir rasti objektus sudėtingoje aplinkoje. Dirbtinė oda turi sugebėti padengti didelius, netaisyklingus roboto paviršius, turėti tinkamą jautrumą ir dinaminį diapazoną – tai visi labai svarbūs iššūkiai, kuriuos žada išspręsti šios naujos technologijos, sako Ciocarlie.
Nauji elektroniniai odos prietaisai yra didelis pažanga energijos suvartojimo ir jautrumo požiūriu. Džonas Bolandas , Dublino universiteto Trinity koledžo chemijos profesorius. Tačiau tikra pažanga yra perėjimas nuo plokščios geometrijos prie lankstaus įrenginio, iš kurio būtų galima pagaminti kažką žmogaus piršto pavidalo, sako jis.
Chirurginiai įrankiai su labai jautriais lytėjimo jutikliais galėtų padėti gydytojams geriau kontroliuoti, kiek jėgos jie naudoja minimaliai invazinių operacijų metu. O didelio ploto, lanksti elektroninė oda galėtų atitikti būsimų protezavimo prietaisų kreives. Šiandieniniai protezai yra neapdoroti – jie gali suvokti, bet nesuteikia lytėjimo, pažymi Bolandas.