Искусственную кожу снабдили чувствительными волосками
Ученые из Китая создали прототип искусственной «кожи с волосами» — высокочувствительного сенсора, позволяющего ощущать широкий диапазон воздействий и обладающего повышенной механической стойкостью. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Materials & Interfaces.
Сенсорные характеристики человеческой кожи на языке приборов можно сформулировать следующим образом: высокая чувствительность, широкий диапазон обнаружения силы, долговечность, стойкость к истиранию и способность определять жесткость воздействующего материала. За большинство этих характеристик ответственны волоски на коже.
Сенсоров, объединяющих все «необходимые» характеристики до сих пор не создали, а конкурирующие прототипы либо недостаточно чувствительны, либо обладают узким диапазоном «восприятия», либо представляют собой сложные и дорогие нанокомпонентые устройства. К тому же, существующие прототипы представляют собой либо искусственную кожу, либо волоскоподобные датчики.
Китайские исследователи предложили объединить «кожу» и «волосы» в простую конструкцию. Два массива ферромагнитных микропроводов скрещивали, монтировали в силиконовую «кожу». Сенсорный эффект таких «волосков» основан на эффекте Баркгаузена и электромагнитной индукции. Массивы микропроводов представляют собой катушки индуктивности. В левую подается переменный ток, который благодаря взаимной индукции наводит переменное магнитное поле во второй ловушке. Эффект Баркгаузена проявляется в генерации напряжения второй «катушкой» при механическом воздействии на нее, а значение и вид зависимости генерируемого напряжения от приложенных усилий позволяет судить о том, что это было за воздействие.
Покрытых стеклом микропровода на основе кобальта, используемые в работе, обладают не только магнитными сенсорными свойствами, но и хорошими механическими. По словам ученых, эти свойства напоминают человеческий волос — они тонкие, способны «различать» механические воздействия, а также достаточно «упругие» — не завязываются в узлы и не обламываются при давлении.
Тестирование возможностей прототипа показало, что датчик обладает высокой чувствительностью и широким диапазоном обнаружения силы воздействия. Сенсор может почувствовать от одной десятитысячной ньютона до 25 ньютон, то есть такая искусственная кожа различит севшую на поверхность муху и груз в два килограмма. Робоподобная рука по результатам тестов смогла с помощью прототипа «ощутить» скольжение предмета и трение.
Способ производства предложенного сенсора и его простая структура позволяет создать масштабируемое производство, а его дизайн обеспечивает конкурентную чувствительность и диапазон восприятия в сравнении с существующими аналогами. Высокая механическая устойчивость делает такой сенсор применимым в усовершенствовании рук роботов и искусственных протезов.
Также сенсоры можно применять в медицинском оборудовании. Например, недавно исследователи предложили оснастить ультрачувствительным оптическим элементом хирургические инструменты, чтобы операции могли делать даже роботы-хирурги.
Екатерина Жданова
При этом не потребуется демонтаж и разборка
Инженеры GE Aerospace Research разработали мягкого робота Sensiworm для обследования технического состояния авиационных двигателей. Робот способен ползать подобно гусенице по вертикальным поверхностям и даже потолку, передавая оператору видеоизображение в реальном времени. С помощью Sensiworm технические специалисты смогут оценивать текущее состояние авиамоторов без необходимости их демонтажа с самолета, сообщает New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Современные турбовентиляторные двигатели требуют регулярного обслуживания. Они состоят из огромного количества деталей, тщательно изучить состояние которых без снятия двигателя с самолета даже с помощью эндоскпов (бороскопов) порой невозможно. При этом демонтаж мотора и его последующая разборка занимают много времени, в течение которого самолет простаивает на земле. Поэтому инженеры давно работают над альтернативными способами обследования авиадвигателей изнутри без их демонтажа. Одна из таких разработок принадлежит инженерам исследовательского отдела компании General Electric GE Aerospace Research, которые совместно с сотрудниками Университета Бингемтона разработали мягкого робота Sensiworm (Soft ElectroNics Skin-Innervated Robotic Worm) для обследования технического состояния авиационных двигателей изнутри. Вытянутый корпус Sensiworm состоит из мягкого полимерного материала, который способен растягиваться и сокращаться с помощью источника давления. Способ передвижения Sensiworm напоминает движения гусеницы пяденицы. Робот может передвигаться не только по горизонтальным и вертикальным поверхностям, но также и по потолку. Для этого он использует две присоски, расположенные в передней и задней части корпуса. Таким образом Sensiworm может добраться до труднодоступных мест внутри двигателя, включая лопатки компрессоров и турбин. https://www.youtube.com/watch?v=_Mks06p0KVo Внутри автономной версии Sensiworm, помимо собственных источников питания, давления и бортового компьютера, находится камера с источником света, а также другие сенсоры, необходимые сервисным специалистам. Робот может автоматически обнаруживать и обходить препятствия (технических деталей того, как это происходит, разработчики пока не сообщают). По словам создателей Sensiworm, робот должен выполнять роль дополнительных глаз и ушей, исследуя внутренности авиадвигателей на предмет неисправностей, коррозии и повреждения теплоизоляционного покрытия. Разработчики считают, что в будущем он сможет не только передавать изображение интересующих участков в реальном времени, выполняя роль продвинутого варианта бороскопа, но и сможет производить мелкий ремонт. Внутренней инспекции требуют не только такие сложные устройства как авиадвигатели, но даже трубопроводы. Китайские инженеры разработали миниатюрного робота для инспекции внутреннего состояния трубопроводов диаметром меньше сантиметра. Робот состоит из цилиндрических модулей, приводимых в движение актуаторами на основе диэлектрических эластомеров.