Новости химической науки > Датчики давления заставят синтетическую кожу чувствовать

Возможно, что вскоре электронная искусственная кожа сможет похвастаться такой же чувствительностью, как и кожа человека. Такая искусственная кожа может найти применение в искусственных конечностях роботов или протезах конечностей.

Две исследовательских группы независимо друг от друга сообщили о создании чувствительных и гибких датчиках давления, которые могут быть встроены в большие по размеру материалы, имитирующие кожу человека.

Искусственная кожа на основе полидиметилсилоксана может детектировать даже очень незначительные изменения давления. (Рисунок из Nat. Mater., DOI: 10.1038/nmat2834)

Исследователи из группы Женаня Бао (Zhenan Bao) из Стэнфорда разработали гибкий, чувствительный к действию давления конденсатор. Он состоит из высокоэластичного полимера полидиметилсилоксана [polydimethylsiloxane (PDMS)], вложенного между гибкими электродами, в которые встроены транзисторы из органических полупроводников. Размещенный между электродами полимер образует множество маленьких колонн, высотой в микрометры. Приложение давления к поверхности приводит к сжатию полимерных колонн, уменьшению расстояния между электродами и изменению емкостных характеристик системы; положение точки давления и значение давления определяется с помощью полупроводников [1].

Сенсоры достаточно чувствительны для того, чтобы «почувствовать» сидящее насекомое, создающее давление всего в несколько паскалей, предельная нагрузка, которую они в состоянии выдержать – 15 кПа (давление при крепком мужском рукопожатии составляет 1кПа).

Разработанные в Стэнфорде устройства имеют пирамидальное строение, однако возможны и другие формы. Бао заявляет, что существует возможность настройки чувствительности новых датчиков, а также предельной нагрузки, которую они могут выдержать. Объединение отдельных датчиков различного типа в общую систему позволит нам создать сенсор, способный распознавать давление в широком диапазоне, как это делает кожа человека.

В другой работе, представленной Али Джави (Ali Javey) из Университета Калифорнии (Беркли) продемонстрировано, что система из нанопроводов может работать как электронная схема, необходимая для создания низковольтной макроразмерной искусственной кожи [2]. Электрические схемы на основе нанопроводов могут работать при меньшем напряжении, чем требуется для органических транзисторов, обычно применяющихся в гибких электронных схемах.

Исследователи из Беркли получили электронные системы, перенося выращенные на подложке из кремния нанопровода на гибкий субстрат – «приемник». Самый простой способ, с помощью которого можно осуществить такой перенос – контактная печать, которая заключается в выращивании нанопроводов на цилиндрическом барабане; затем барабан с выращенными нанопроводами прокатывают по субстрату-приемнику. По словам Джави такой подход позволяет одновременно получать системы из напечатанных проводов.

Метод контактной печати позволил исследователям получить устройства площадью 7 × 7 сантиметров. Джави отмечает, что такие размеры не являются ограничением – потенциально возможно создание искусственной кожи, площадь которой будет соответствовать площади любого робота, а 49 см определялись возможностями инструментов, доступных в исследовательской лаборатории.

Работающий в области создания устройств из гибкой электроники Джон Роджерс (John A. Rogers) из Университета Иллинойса отмечает, что обе работы расширяют наше представление о возможностях интеграции электронных систем в биологические объекты. По его словам, представленные работы важны не столько тем, что в них описывается создание новых материалов или отдельных устройств, но тем, что они описывают возможность создания полноразмерных функциональных систем, имитирующих органы чувств.

Источники: [1] Nat. Mater., DOI: 10.1038/nmat2834; [2] Nat. Mater., DOI: 10.1038/nmat2835

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #органическая химия, #химическая технология, #химия поверхности, #химия полимеров