Электронное осязание
Ученые создали искусственную кожу из нанопроводов
NanoNewsNet по сообщению UC Berkeley:
Engineers make artificial skin out of nanowires
Инженеры из Университета Калифорнии в Беркли (UC Berkeley) разработали чувствительный к изменению давления электронный материал из полупроводниковых нанопроводов.
Идея заключалась в создании материала, который бы выполнял функции человеческой кожи, т.е. давал бы возможность чувствовать и касаться объектов», – говорит Али Джави (Ali Javey), доцент кафедры электротехники и компьютерных наук и руководитель исследовательской группы Университета Калифорнии в Беркли, занимающейся разработкой искусственной кожи.
Оптическое изображение устройства электронной кожи с матричной схемой нанопроводов.
Каждый темный квадрат представляет собой один пиксель.
(Фото: Али Джави и Кунихару Такеи, UC Berkeley)
Искусственная кожа, получившая название E-skin, описывается в статье онлайн-версии журнала Nature Materials от 12 сентября. E-skin – это первый материал, изготовленный из неорганических монокристаллических полупроводников.
Чувствительная искусственная кожа может помочь в решении ключевой задачи в робототехнике: сокращении силы, необходимой для удержания и умелого обращения с широким кругом объектов.
Как правило, люди знают, как держать хрупкое яйцо, чтобы не разбить его», – сказал Джави, который также является членом Центра датчиков и приводов (The Berkeley Sensor & Actuator Center) и научным сотрудником отдела материаловедения Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory Materials Sciences Division).
Предыдущие попытки создания искусственной кожи основывались на применении органических материалов, поскольку они отличаются гибкостью и легкостью в обработке.
Проблема в том, что органические материалы являются слабыми полупроводниками, а это означает, что изготовленным из них электрическим устройствам для функционирования требуется высокое напряжение», – говорит Джави. «Неорганические же материалы, такие, как кристаллический кремний, имеют отличные электрические свойства и могут работать на малой мощности. Также они более стойки к химическому воздействию. Но в прошлом они были совсем негибкими и непрочными. Работа различных групп, в том числе и нашей, недавно показала, что миниатюрные ленты или провода неорганических веществ могут быть очень податливыми – идеальными для высокой производительности гибкой электроники и сенсоров».
Инженеры UC Berkeley использовали инновационную технологию изготовления, которая работает по принципу липкого ролика для одежды, только наоборот – вместо того, чтобы собирать волокна, «волоски» нанопроводов формируют покрытие.
Исследователи начали с «выращивания» германиево-силиконовых нанопроводов на цилиндрическом барабане, который впоследствии прокатывали по липкой подложке. В качестве подложки использовали полиамидную пленку, но, по словам ученых, для этой цели подходят различные пластики, бумага или стекло. По мере вращения барабана нанопровода упорядоченно наносились, или «напечатывались», на подложке, образуя основу тонких, гибких листов электронных материалов.
Иной подход, использованный учеными, состоял в «выращивании» нанопроводов на плоской подложке с последующим перенесением их на полиамидную пленку.
Для изготовления электронной кожи ученые «распечатали» нанопровода на 18-19-пиксельной квадратной матрице со стороной 7 см. Каждый пиксель содержал транзистор, сделанный из сотен полупроводниковых нанопроводов. Эти транзисторы затем были интегрированы с гибкой резиной, чувствительной к изменениям давления, для достижения осязательной функции. Менее 5 вольт потребовалось матрице для работы и поддержания прочности после более 2000 циклов сгибания.
Ученые продемонстрировали возможность электронной кожи определять давление в диапазоне от 0 до 15 кПа, что сравнимо с силой, прикладываемой для таких ежедневных действий, как печатанье на клавиатуре или удержание какого-либо объекта. В знак признательности родному вузу, исследователи выложили на поверхности электронной кожи букву С (от Cal – неформального названия Университета Калифорнии).
Это поистине первая макроуровневая интеграция нанопроводных материалов с функциональной системой такой, как электронная кожа», – сказал ведущий автор исследования Кунихару Такеи, кандидат электротехнических и компьютерных наук. «Эта техника потенциально может быть более масштабной. Ведь размеры созданной нами электронной кожи сейчас ограничиваются размерами инструментов, которые мы используем».
Соавторами этого исследования также являются Рон Фиринг (Ron Fearing), профессор электротехнических и компьютерных наук, Тошитаке Такахаши (Toshitake Takahashi), аспирант в области электротехники и компьютерных наук, Джонни Си Хоу (Johnny C. Ho) , аспирант в области материаловедения и инженерии, Хьюнхьюб Ко (Hyunhyub Ko) и Пол Лью (Paul Leu), кандидаты электротехнических и компьютерных наук, Эндрю Джи Джиллис (Andrew G. Gillies), аспирант в области машиностроения.
Данному исследованию оказали поддержку Национальный научный фонд (the National Science Foundation) и Агентство передовых оборонных исследовательских проектов (the Defense Advanced Research Projects Agency).
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
14.09.2010