En umærkelig tyndfilmssensor til at registrere bevægelse og følesansen

Forskere har udviklet en ultratynd tryksensor, der kan fastgøres direkte til huden og måle, hvordan fingrene interagerer med genstande for at producere nyttige data til medicinske og teknologiske anvendelser. Sensoren har minimal effekt på brugernes følsomhed og evne til at gribe genstande, og det er modstandsdygtigt over for forstyrrelser fra gnidning. Holdet håber også, at deres sensor kan bruges til den nye opgave at digitalt arkivere håndværkeres færdigheder.

Der er mange grunde til, at forskere ønsker at registrere bevægelse og andre fysiske detaljer forbundet med hænder og fingre. Vores hænder er vores primære værktøjer til direkte at interagere med, og manipulere, materialer og vores nærmiljøer. Ved at registrere den måde, hvorpå hænder udfører forskellige opgaver, det kunne hjælpe forskere inden for områder som sport og lægevidenskab, samt neuroengineering med mere. Men at fange disse data er ikke let.

"Vores fingerspidser er ekstremt følsomme - så følsomme, faktisk, at en supertynd plastikfolie på blot et par milliontedele meter tyk er nok til at påvirke nogens fornemmelser, " sagde lektor Sunghoon Lee fra Someya Group ved University of Tokyo. "Så en bærbar sensor til dine fingre skal være ekstremt tynd. Men dette gør det naturligvis meget skrøbeligt og modtageligt for skader fra gnidning eller gentagne fysiske handlinger. For at overkomme dette, vi skabte et specielt funktionelt materiale, der er tyndt og porøst, kaldet en nanomesh-sensor."

Lee og hans team lavede to slags lag til deres sensorer. Begge lag blev lavet ved en proces kaldet elektrospinning, som ligner en edderkop, der spinder sit spind. Den ene er et isolerende polyurethannet med fibre på omkring 200 nanometer til 400 nanometer tykke, omkring en fem hundrededel af tykkelsen af ​​menneskehår. Det andet lag er et stencil-lignende netværk af linjer, der udgør sensorens funktionelle elektroniske komponent. Denne er lavet af guld og bruger en støtteramme af polyvinylalkohol, findes ofte i kontaktlinser, som efter fremstillingen vaskes væk for kun at efterlade de guldspor, den understøttede. Flere lag kombineres for at danne en funktionel tryk- og bevægelsessensor.

"Vi udførte et strengt sæt test på vores sensorer med hjælp fra 18 testpersoner, " sagde Lee. "De bekræftede, at sensorerne var umærkelige og hverken påvirkede evnen til at gribe genstande gennem friktion, heller ikke den opfattede følsomhed sammenlignet med at udføre den samme opgave uden en sensor tilsluttet. Det er præcis det resultat, vi håbede på."

Det er første gang i verden, at en fingerspidsmonteret sensor uden effekt på hudens følsomhed er blevet demonstreret med succes. Og sensoren bibeholdt sin ydeevne som tryksensor selv efter at være blevet gnidet mod en overflade med en kraft på 100 kilopascal, svarer nogenlunde til atmosfærisk tryk, 300 gange uden at gå i stykker. En ny applikation, som teamet gerne vil se, er digital arkivering af sarte håndværk udført af håndværkere eller endda arbejdet af højt kvalificerede kirurger. Hvis disse processer kan registreres, det kunne blive muligt at træne maskiner i, hvordan man udfører opgaver til en større grad af troskab, end man nogensinde har opnået før.