Исследователи из Пекинского института наноэнергетики и наносистем и Университета Цинхуа разработали инновационную многорецепторную кожу, которая вдохновлена сенсорными возможностями утконоса. Эта кожа может значительно улучшить сенсорные функции роботизированных и протезных систем, а также тактильных технологий.
Утконос обладает уникальной сенсорной системой, способной обнаруживать как электрические, так и механические изменения в окружающей среде. Эта способность позволяет ему выявлять добычу или потенциальные угрозы, не полагаясь на зрение. Новая многорецепторная сенсорная система, созданная учёными, способна воспринимать тактильные стимулы и собирать сенсорную информацию на расстоянии.
«Моя 9-летняя дочь рассказала мне о документальном фильме об утконосе, который она смотрела. Она спросила, знаю ли я, что утконос – это яйцекладущее млекопитающее, которое не полагается на зрение при охоте. Её вопрос вызвал у меня интерес к сенсорным способностям утконоса. Этот интерес привёл к более глубокому изучению сенсорной системы утконоса и вдохновил на это исследование», – поделилась Ди Вэй, ведущий автор статьи.
Сенсорная система, разработанная Вэй и её коллегами, включает двойную сенсорную структуру, имитирующую электрорецепцию и механорецепцию утконоса. Эта уникальная конструкция позволяет коже с высокой чувствительностью обнаруживать объекты и собирать данные как при непосредственном прикосновении, так и дистанционно.
«Наша цель состояла в том, чтобы воспроизвести сенсорные возможности утконоса в искусственной коже, сочетающей тактильное и телевосприятие. Мы стремимся расширить диапазон восприятия искусственных систем, позволяя роботам обнаруживать и взаимодействовать с окружающей средой, не полагаясь исключительно на физический контакт», – отметила Вэй.
Эта кожная система, вдохновлённая утконосом, построена на двух основных принципах: контактная электризация и электростатическая индукция. При касании другого материала происходит обмен электронами, что генерирует трибоэлектрическое электричество, позволяя коже реагировать на тактильные стимулы.
Для сбора данных на расстоянии кожа использует электростатическую индукцию. Легирование наночастиц в эластомере, из которого сделана кожа, усиливает диэлектрическую поляризацию, что позволяет выявлять изменения электрических полей при нахождении заряженных объектов поблизости.
«Многорецепторная кожа имеет одноэлектродную конструкцию, включающую тонкую плёнку ПТФЭ и ПДМС, структурированного легированного эластомера с неорганическими наночастицами для улучшения диэлектрических свойств, слой серебряной нанопроволоки (AgNW) в качестве электрода, и инкапсулированную подложку ПДМС для гибкости и защиты», – пояснила Вэй.
Разработанная кожа может дать импульс созданию новых технологий, способных воспринимать объекты на расстоянии. Применения таких систем включают мониторинг окружающей среды в экстремальных условиях, взаимодействие человека с машиной и автономную навигацию роботов.
«Бионическое воспроизведение двойной сенсорной системы утконоса – это значительный шаг вперёд в мультимодальном распознавании. Этот прорыв устраняет ограничения традиционных безконтактных сенсоров, обеспечивая более точную и надёжную работу в сложных условиях», – заявила Вэй.
Данное исследование открывает перспективы для разработки других сенсорных систем с двойными сенсорными конструкциями. Исследователи активно работают над улучшением многорецепторной системы, чтобы повысить её универсальность и облегчить массовое применение.
«В наших планах дальнейшее усовершенствование сенсорных возможностей системы с использованием искусственного интеллекта и инновационных материалов. Мы стремимся улучшить адаптивность и надёжность системы в экстремальных или нестабильных условиях, а также добавить новые сенсорные модальности для расширения диапазона и точности восприятия», – добавила Вэй.
В будущих исследованиях Вэй и её команда также намерены оптимизировать процесс обработки данных сенсорной системы для точного и в реальном времени обнаружения объектов. Это особенно важно для приложений, требующих быстрой обработки сенсорных данных, например, в автономных транспортных средствах и человеко-машинных интерфейсах.
Источник: iXBT
