Тонкий сенсор давления из пластика и золота

Исследователи из Токийского университета разработали тонкий, приклеиваемый к коже сенсор, который способен обнаруживать внешние раздражители, в частности, давление. Сверхтонкий датчик был создан для регистрации механики того, как руки манипулируют объектами, выполняют задачи и взаимодействуют с окружающей средой.

Команда ученых в своих исследованиях столкнулась с проблемой, потому что им нужен был прецизионный датчик давления, который бы не мешал повышенной чувствительности человеческих пальцев. Для создания сенсора, который владелец, по сути, может даже не чувствовать, команда создала новый пористый материал под названием наномеханический датчик. Этот материал был изготовлен с помощью процесса, называемого электроспиннинг*.

Инженеры Токийского университета создали материал для сенсора, который состоит из двух слоев разного типа. Один из них представляет собой изолирующую полиуретановую сетку с волокнами толщиной около 200-400 нанометров, что составляет около одной пятой толщины человеческого волоса. Второй слой представляет собой трафаретную сеть из линий, образующих функциональную электронную составляющую датчика. Этот слой состоит из золота и при создании использует опорную рамку из поливинилового спирта, часто встречающуюся в контактных линзах, который после изготовления смывается и растворяется, оставляя только золотые следы, которые она поддерживала. Многослойное сочетание образует функциональный датчик давления и движения.

Тестирование этого сенсорного материала на 18 объектах показало, что датчик удивительно долговечен несмотря на то, что он состоит из тонких конструкций. Он не получил никаких повреждений и сохранил способность точных измерений, несмотря на наличие значительного внешнего трения. Сенсор сохранил работоспособность даже после того, как 300 раз был прижат к поверхности с усилием в 100 килопаскалей, примерно эквивалентным атмосферному давлению. Поскольку сенсор оказывает минимальное влияние на чувствительность пальцев и способность сжимать предметы, пользователи могли выполнять сложные задачи без помех во время ношения этого устройства. Результаты своего исследования японские ученые недавно опубликовали в журнале Science.

Разработчики надеются, что новый датчик может оказаться полезным для цифровой фиксации манипуляций ремесленника, выполняющего тонкую ручную работу, или тонких движений руки высококвалифицированного хирурга. Это может принести пользу исследованиям в области спортивной медицины и других медицинских специальностей. Датчик может также обеспечивать "тонкую" обратную связь с окружающей средой, что может сделать движение "умных" протезов и роботизированных систем более естественным и функциональным.

* Электроспиннинг (электроформование, электропрядение) — способ получения полимерных волокон в результате действия электростатических сил на электрически заряженную струю полимерного раствора или расплава.