«Электронную кожу» для роботов научили светиться в ответ на прикосновения

Разработана «электронная кожа», чувствительная к нажатиям, причем для обнаружения нажатий разной силы в ней используются два механизма: при небольших давлениях она производит электрический ток, а при больших начинает светиться. Инженеры считают, что такой материал может использоваться в качестве аналога человеческой кожи, которая может различать обычные прикосновения от тех, которые могут привести к повреждениям. Статья опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Для того, чтобы роботизированные манипуляторы могли физически взаимодействовать с окружающим миром, обычно используется машинное зрение. За счет него роботы уже довольно неплохо обращаются с предметами — например, умеют выстраивать сбалансированные башни из камней. Но практически все из роботов лишены осязания, что ограничивает их возможности по взаимодействию с окружающим миром.

Инженеры создали «электронную кожу», которая отчасти имитирует человеческую по своим функциям. За тактильные ощущения в человеческой коже отвечают разные типы рецепторов: механорецепторы, позволяющие чувствовать прикосновения и растяжение, и ноцицепторы, активирующиеся при сильном давлении, которое может привести к повреждению. Исследователи решили таким же образом задействовать для разных уровней давления разные сенсоры.

Использованный авторами композитный материал состоит из трех слоев полидиметилсилоксана с различными включениями и, по сути, является конденсатором. Два наружных слоя состоят из полимера, в который встроена сеть из серебряных нанонитей. Между ними находится слой такого же полимера, но без серебряных нитей, а на его поверхности созданы структуры в форме пирамид, а также нанесены частицы люминофора на основе сульфида цинка и меди.

При приложении малого давления материал легко сжимается, потому что давление концентрируется на концах пирамид. Из-за этого сжатия емкость конденсатора меняется, что можно измерить с помощью измерителя иммитанса. При большем давлении средний слой становится все менее эластичным, конденсатор сжимается, его емкость становится меньше и чувствительность падает. Но, поскольку одновременно с этим увеличивается электрическое поле конденсатора, оно возбуждает люминесценцию и «кожа» начинает светиться. Таким образом исследователи смогли реализовать в одном материале два разных механизма измерения нажатия разной силы.

Недавно американские инженеры разработали иной вариант «электронной кожи» для роботов. Она состоит из множества каналов, заполненных жидким металлом, и меняющих свою проводимость при сжатии и растяжении, что и дает роботу способность осязать.

Григорий Копиев