Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • РОИ

У роботов будут волосатые руки

Искусственную кожу снабдили чувствительными волосками

Екатерина Жданова, N+1

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 (Zhang et al., Biomimic Hairy Skin Tactile Sensor Based on Ferromagnetic Microwires).

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.

art_hear1.jpg
Изображение провода на основе кобальта в сканирующем микроскопе
(здесь и ниже рисунки из статьи в Applied Materials & Interfaces).

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.

art_hear2.jpg

(а) Концепция «волос на коже», основанная на аналогии свойств кобальтовых проводов и волос на коже человека,
(b) конструкция сенсора – два кластера «волос» объединяются и «вставляются» в силиконовую «кожу», вся конструкция устанавливается на электронную печатную плату.

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.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 20.12.2016


Читать статьи по темам:

бионика кожа Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Тачпад на руке

Разработанный специалистами университета Карнеги – Меллон браслет позволяет превратить в аналог тачпада поверхность кожи кисти или запястья руки пользователя.

читать

Протез с осязанием

Электрические импульсы с сенсора в бионическом пальце передаются к соединенной со срединным нервом микроигле, а потом – в головной мозг.

читать

Искусственная кожа вместо натуральной

Идея заменить настоящую кожу материалом, выращенным в лабораторных условиях, кажется исследователям довольно привлекательной – это позволило бы избежать серьезных осложнений и ускорить процесс заживления.

читать

Нанодатчики для искусственной кожи становятся всё чувствительнее

Датчики на основе золотых наночастиц еще проигрывают человеческой коже, однако они регистрируют механическую нагрузку в несколько сотых долей грамма, изменение температуры в пределах одного градуса и колебания относительной влажности до одного процента.

читать

Дайджест новостей бионики

Вживляемая электроника, роботы-химеры и биологические компьютеры все больше размывают смутную границу между живыми существами и неживой материей.

читать

Органическая биоэлектроника

Около 10 лет назад появилась органическая биоэлектроника, в которой посредниками между живыми существами и компьютерами выступают электропроводящие полимеры.

читать