Følsomme robotter mærker belastningen

Fleksibel hud til bløde robotter, indlejret med elektriske nanotråde, kombinerer ledningsevne med følsomhed inden for samme materiale.

En kunstig blød hud gennemsyret af fleksibel elektronik kunne forbedre måden, robotter sanser og interagerer med deres omgivelser på, Det har KAUST-forskere vist. Holdet har opdaget, hvordan man programmerer elektrisk ledningsevne og belastningsføling i et enkelt materiale indlejret i en elastisk polymerhud. Opdagelsen kan også have applikationer i bærbare elektroniske enheder.

Når et dyr strækker et lem, et netværk af nerver og sensorer i huden giver feedback, der hjælper den med at orientere lemmen i rummet og interagere med dens omgivelser. Indlejring af et netværk af belastningssensorer og forbindelsesledninger i en fleksibel kunstig hud ville give bløde robotter lignende sensorisk feedback, hjælpe dem med at navigere selvstændigt i deres miljø, siger Gilles Lubineau, der ledede forskningen.

Indtil nu, forskere har brugt forskellige materialer til sensing og ledende ledningskomponenter, tilføje omkostninger og kompleksitet til fremstillingsprocessen, forklarer Ragesh Chellatoan, en ph.d. elev i Lubineaus team. "Vores mål er at få både sensing og ledningsforbindelse i det ene materiale, " han siger.

Holdet udviklede et kunstigt materiale bestående af en fleksibel polymer indlejret med sølv nanotråde. Individuelt, hver nanotråd er ledende, men høj modstand ved overgangene mellem dem begrænser den samlede ledningsevne gennem materialet. Modstanden øges markant, når materialet bøjes, og nanotrådene trækkes fra hinanden, så nanotrådsnetværket fungerer som en belastningssensor.

Men den adfærd kan ændres, holdet viste. Påføring af en jævnspænding gjorde nanotrådsnetværket meget varmt ved punkter med høj modstand, hvor nanotrådene mødes. Denne lokaliserede opvarmning virker til at svejse tilstødende nanotråde sammen, danner et stærkt ledende, fast bundet netværk, der er uigennemtrængeligt for strækning og bøjning. "Elektrisk svejsning forbinder tusindvis af kryds i netværket inden for 30 sekunder, " siger Chellattoan. Ændring af, hvordan strømmen introduceres, kontrollerer, hvilke dele der bliver ledende.

Forskerne skabte en elastisk hud til en legetøjsactionfigur for at demonstrere deres materiale. De beklædte det ene af figurens ben med den kunstige hud og påførte derefter DC-spænding kun på benets venstre side, før de bøjede benet ved knæet og observerede, hvad der skete. På den højre side, nanowire-netværket fungerede som en belastningssensor, der kunne registrere benposition, da figurens knæ blev bøjet og rettet ud; venstre side viste høj ledningsevne uanset benstilling.

Det næste skridt, Chellatoan siger, er at få større kontrol over, hvor nanotrådssvejsninger dannes. Dette ville give forskerne mulighed for at tegne præcise ledende mønstre ind i den kunstige hud.