Ученые разработали высокочувствительные тактильные сенсоры
В области нанотехнологий была разработана электронная кожа и электронные глазные имплантаты. Вскоре должны появиться и электронные усики. Исследователи из лаборатории Беркли и Университета Калифорнии (США) создали тактильные сенсоры из композитной пленки из углеродных нанотруб и наночастиц серебра,которые напоминают высокочувствительным усики (вибриссы) кошек и крыс. Новые электронные усики реагируют на давления всего лишь в один паскаль – приблизительно такое давление оказывает на поверхность стола долларовая купюра. Одной из возможных сфер применения является предоставление роботам способность «видеть» и «чувствовать» окружающую действительность.
«Усы животных – это напоминающие волосы тактильные сенсоры, которые используются некоторыми млекопитающими и насекомыми для определения направления ветра и препятствий в узких пространствах, - говорит руководитель этот исследования Али Джавей (Ali Javey), преподаватель материаловедения в лаборатории Беркли и профессор электротехники и компьютерных наук Университета Калифорнии. – Наши электронные усики состоят из эластичных волокон высокого относительного удлинения, покрытых проводящей композитной пленкой нанотруб и наночастиц. Испытания показали, что эти усики были в 10 раз более чувствительными к давлению по сравнению с более ранними емкостными или резистивными датчиками давления».
Джавей и его исследовательская команда занимают лидирующее положение в разработке электронной кожи и других пластичных электронных устройств, которые могут взаимодействовать с окружающей средой. В своих последних разработках команда использовала материал на основе углеродных нанотрубок для создания токопроводящей сетевой матрицы с отличными показателями гибкости. На эту матрицу из углеродных нанотрубок они поместили тонкую пленку из наночастиц серебра, которая придала матрице высокую чувствительность к механическому натяжению.
«Чувствительность к растяжению и сопротивление электричеству нашей композитной пленки можно с легкостью регулировать, изменяя соотношение углеродных нанотрубок и наночастиц серебра, - говорит Джавей. – Впоследствии композитный материал должен быть нанесен или отпечатан на эластичные волокна с высоким относительным удлинением для создания электронных усиков, которые можно интегрировать с различными интерактивными системами».
Джавей отмечает, что использование эластичных волокон с небольшим модулем упругости в качестве структурных компонентов усиков позволяет достичь высоких показателей эластичности и натяжения, вызванных даже незначительным давлением. В качестве доказательства исследовательская команда успешно использовала электронные усики для создания точных 2D и 3D карт потоков ветра. В будущем электронные усики можно будет использовать для тактильного распознавания и составления карт ближайших объектов, а также для создания носимых датчиков сердцебиения и пульса.
«Наши электронные усики представляют собой новый тип реагирующих тактильных датчиков для наблюдения за воздействием окружающей среды, - говорит Джавей. – Простота производства, небольшой вес и отличные рабочие показатели наших усиков позволяют им найти применение в продвинутых технологиях роботостроения, в интерфейсах для взаимодействия людей и машин, а также в области биологии».
Работа, посвященная их исследованиям, была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Работа называется «Высокочувствительные электронные усики, основанные на модифицированной пленке из углеродных нанотруб и наночастиц серебра». Джавей является ответственным автором. Соавторами работы являются Кунихару Таке (Kuniharu Take) Жибин Ю (Zhibin Yu), Максвелл Жень (Maxwell Zheng), Хироки Ота (Hiroki Otа) и Тошитаке Такахаси (Toshitake Takahashi).
По материалам Phys. Org.
Иван Штепа nauka21vek.ru