Устройства, на создание которых ученых вдохновили крылья жуков, позволят роботам обладать более тонким осязанием
Гибкий электронный датчик, сделанный из взаимосвязанных ворсинок, может обнаружить шаги божьей коровки и различать воздействие сил скручивания и сдвига также, как на это способна кожа человека. Кроме того, такой датчик может быть размещен на запястье человека с тем, чтобы измерять его пульс.
По словам Кап-Ян Су (Kahp-Yang Suh), инженера Сеульского национального университета, на создание такой конструкции датчика разработчиков вдохновила система фиксации крыльев у жуков. Во время отдыха у некоторых видов жуков ряд ворсинок на их крыльях смыкается с массивом подобных ворсинок на теле за счет силы статического притяжения, называемой также силой Ван-дер-Ваальса. В новом датчике в роли массивов ворсинок выступают полоски из полимерных волокон диаметр 100 нм и длиной 1 мкм. Чтобы сделать полоски электропроводными, их покрыли металлом. Когда полоски смыкаются между собой, нановорсинки притягиваются друг к другу и сцепляются, как это происходит в системе фиксации крыльев у жуков. Устройство также имеет контакты для прохождения электрического тока и покрыто слоем мягкого защитного полимера.
Когда полоска датчика сжимается или скручивается, мягкие ворсинки с металлическим покрытием изменяют свое положение, тем самым, изменяя сопротивление этого датчика. Устройство может определять давление величиной всего 5 Па – это легче, чем самое нежное прикосновение. Анализируя, как изменяется сопротивление за счет механических воздействий и как происходит восстановление после исчезновения таких воздействий, Су и его коллеги могут различать три типа механической деформации: давление, которое возникает при нажатии на датчик сверху, сдвиг, образующийся при трении поверхности, а также скручивание вследствие вращательного движения.
Кожа человека может различать эти три типа деформаций, но большинство искусственно созданных датчиков на это не способны. Другие датчики определяют лишь приложенную к ним силу в целом, но не смогут сообщить что-либо о направлении приложения этой силы. Методы снятия показаний о характере деформаций в новом датчике еще нуждаются в доработке, но сам способ получения такой информации от гибкого датчика является уникальным.
Такой способ приема тактильной информации был бы очень полезен для роботов, предназначенных для взаимодействия с людьми. Камеры могут предоставить большое количество данных об окружающей среде, но иногда их обзор может быть заблокирован, и они перегружают робота информацией. Однако тактильные датчики собирают данные только в точке контакта, и их чувствительные элементы не могут быть заблокированы.
В робототехнике разработке такого элемента, как кожа, уделяется мало внимания, поскольку это связано с рядом серьезных проблем: помимо того, что кожа должна быть прочной, гибкой и чувствительной, она также должна быть изготовлена из очень больших листов. По словам Су, процесс изготовления больших листов его датчика должен быть простым и недорогим, и позволит конструировать большие формы.
Чтобы точно определять участок, находящийся под давлением, электронная кожа нуждается в высокой пространственной разрешающей способности. Группа Су продемонстрировала разрешающую способность устройства, использовав сеть датчиков площадью 8 × 5 см с 64 чувствительными точками для отслеживания перемещения по их поверхности двух божьих коровок. Ученые также зафиксировали путь отскакивающей капли воды и показали, как пластины датчика могут измерять пульс человека, если надеть этот датчик на его запястье. Су рассказал, что сейчас его группа ведет переговоры с медицинской компанией по поводу разработки на основе созданного им материала монитора сердечного ритма.
Устройства, на создание которых ученых вдохновили крылья жуков, позволят роботам обладать более тонким осязанием
Гибкий электронный датчик, сделанный из взаимосвязанных ворсинок, может обнаружить шаги божьей коровки и различать воздействие сил скручивания и сдвига также, как на это способна кожа человека. Кроме того, такой датчик может быть размещен на запястье человека с тем, чтобы измерять его пульс.
По словам Кап-Ян Су (Kahp-Yang Suh), инженера Сеульского национального университета, на создание такой конструкции датчика разработчиков вдохновила система фиксации крыльев у жуков. Во время отдыха у некоторых видов жуков ряд ворсинок на их крыльях смыкается с массивом подобных ворсинок на теле за счет силы статического притяжения, называемой также силой Ван-дер-Ваальса. В новом датчике в роли массивов ворсинок выступают полоски из полимерных волокон диаметр 100 нм и длиной 1 мкм. Чтобы сделать полоски электропроводными, их покрыли металлом. Когда полоски смыкаются между собой, нановорсинки притягиваются друг к другу и сцепляются, как это происходит в системе фиксации крыльев у жуков. Устройство также имеет контакты для прохождения электрического тока и покрыто слоем мягкого защитного полимера.
Когда полоска датчика сжимается или скручивается, мягкие ворсинки с металлическим покрытием изменяют свое положение, тем самым, изменяя сопротивление этого датчика. Устройство может определять давление величиной всего 5 Па – это легче, чем самое нежное прикосновение. Анализируя, как изменяется сопротивление за счет механических воздействий и как происходит восстановление после исчезновения таких воздействий, Су и его коллеги могут различать три типа механической деформации: давление, которое возникает при нажатии на датчик сверху, сдвиг, образующийся при трении поверхности, а также скручивание вследствие вращательного движения.
Кожа человека может различать эти три типа деформаций, но большинство искусственно созданных датчиков на это не способны. Другие датчики определяют лишь приложенную к ним силу в целом, но не смогут сообщить что-либо о направлении приложения этой силы. Методы снятия показаний о характере деформаций в новом датчике еще нуждаются в доработке, но сам способ получения такой информации от гибкого датчика является уникальным.
Такой способ приема тактильной информации был бы очень полезен для роботов, предназначенных для взаимодействия с людьми. Камеры могут предоставить большое количество данных об окружающей среде, но иногда их обзор может быть заблокирован, и они перегружают робота информацией. Однако тактильные датчики собирают данные только в точке контакта, и их чувствительные элементы не могут быть заблокированы.
В робототехнике разработке такого элемента, как кожа, уделяется мало внимания, поскольку это связано с рядом серьезных проблем: помимо того, что кожа должна быть прочной, гибкой и чувствительной, она также должна быть изготовлена из очень больших листов. По словам Су, процесс изготовления больших листов его датчика должен быть простым и недорогим, и позволит конструировать большие формы.
Чтобы точно определять участок, находящийся под давлением, электронная кожа нуждается в высокой пространственной разрешающей способности. Группа Су продемонстрировала разрешающую способность устройства, использовав сеть датчиков площадью 8 × 5 см с 64 чувствительными точками для отслеживания перемещения по их поверхности двух божьих коровок. Ученые также зафиксировали путь отскакивающей капли воды и показали, как пластины датчика могут измерять пульс человека, если надеть этот датчик на его запястье. Су рассказал, что сейчас его группа ведет переговоры с медицинской компанией по поводу разработки на основе созданного им материала монитора сердечного ритма.