Smart hud drives af de genstande, den rører ved

(Phys.org) —Forskere har fremstillet en smart hud, der er selvdrevet af sin friktionskontakt med de genstande, den rører ved. Når en honningbi kravler hen over den smarte hud, huden fornemmer ikke kun insektet, den bruger også den spontane triboelektriske ladning, der opbygges mellem honningbien og den smarte hud, til at styrke dens sansningsevne, eliminerer behovet for batterier. Den smarte hud kan have applikationer til robotter, systemer til kunstig intelligens, og bioniske lemmer for amputerede.

Forskerne, ledet af Haixia Zhang ved Peking University i Beijing, har udgivet et papir om den nye smarte hud i et nyligt nummer af ACS Nano .

"For konventionelle elektroniske skind eller smarte skind, de har alle brug for en strømforsyning, "Fortalte Zhang Phys.org . "Dette er et alvorligt problem. Det er akavet for brugerne at tage en tynd, fleksibel og let smart hud sammen med et hårdt og tungt batteri, der kun kan fungere i timevis. Den selvdrevne smarte hud løser grundlæggende dette problem. "

Som forskerne forklarer, triboelektriske ladninger opstår hvor som helst to genstande rører hinanden, selvom disse afgifter er så små, at de ofte bliver overset.

"Forestil dig et scenario, hvor du går mod et bord for at få en kop kaffe, "Sagde Zhang." Modsat ladninger genereres på overfladen af ​​dine sko og jorden. Når du så tager koppen for at drikke, de modsatte ladninger genereres på din håndflade og i håndtaget på koppen. Desuden, når du sluger kaffen, ladningerne vil endda blive genereret mellem overfladen af ​​dit fordøjelseskanal og kaffen. Vi brugte disse spontane-men ignoreres ofte-anklager til at gøre vores smarte hud totalt selvdrevet. "

Denne selvdrevne metode er mulig, fordi den smarte hud i første omgang bruger meget lidt energi. De fleste andre tidligere udviklede smarte skind er digitale, hvilket betyder, at deres opløsningsfølsomhed bestemmes af et gitter af pixels. Forøgelse af opløsningen kræver normalt, at antallet af pixels og elektroder øges.

I modsætning, den nye smarte hud bruger en analog metode, der kun kræver fire elektroder. Elektroderne er placeret i fire modsatte ender af den smarte hud. Når et objekt, såsom en finger, lægger et pres på den smarte hud, det genererer en strøm gennem huden, der inducerer en spænding på hver elektrode. Da afstanden mellem den påførte kraft og hver elektrode er forskellig, spændingen ved hver elektrode vil også være forskellig, og de relative spændinger kan bruges til at lokalisere placeringen af ​​den påførte kraft.

"Vi bruger de spontane triboelektriske ladninger, kombineret med plan elektrostatisk induktion, at mærke den berøring, der påføres den smarte hud, "Sagde Zhang." De triboelektriske ladninger opstår overalt i vores daglige liv, når to overflader rører hinanden. Og når en ladet overflade nærmer sig en metalblok (eller elektrode), det vil fremkalde de modsatte ladninger, som er den elektrostatiske induktionseffekt. Intensiteten af ​​den elektrostatiske induktionseffekt afhænger af afstanden mellem den ladede overflade og metal. "

Forskernes eksperimenter viste, at når viklet om en robothånd, den analoge smarte hud kan bestemme placeringen af ​​en påført kraft med en gennemsnitlig opløsning på 1,9 mm. For at demonstrere den smarte huds følsomhed over for meget små kræfter, forskerne viste, at den smarte hud kan registrere tilstedeværelsen af ​​en 0,16 gram honningbi, samt en springende cricket.

I fremtiden, forskerne håber at kunne forbedre den smarte hud yderligere ved at øge dens opdagelsesopløsning og følsomhed, som kan behandles til en lav pris, da disse forbedringer ikke kræver yderligere elektroder. Forskerne planlægger også at udvikle måder at beskytte den smarte hud mod interferens fra miljøet og andre elektroniske komponenter, hvilket udgør et problem for når den smarte hud er integreret i mobiltelefoner.

"Sammenlignet med digitale smarte skind, der er blevet undersøgt grundigt, analoge smarte skind har stadig brug for mere dybdegående undersøgelse, "Zhang sagde." Analoge smarte skind har åbenlyse fordele ved opløsning og energiforbrug. Jeg håber, at vores arbejde kan gøre mere opmærksom på de analoge smarte skind. "

© 2016 Phys.org