Задача электронной кожи, разрабатываемой для использования в искусственной коже или человекоподобных роботах, таких как гуманоиды, состоит в том, чтобы заставить ее чувствовать температуру и движения, как человеческая кожа, насколько это возможно. Пока что существуют электронные скины, которые могут определять движение или температуру по отдельности, но ни одна из них не может распознавать и то, и другое одновременно, как человеческая кожа.
Совместная исследовательская группа, состоящая из профессора POSTECH Унйонг Чонга и доктора.
Инсанг Ю из факультета материаловедения и инженерии и профессор Женан Бао из Стэнфордского университета вместе разработали мультимодальную ионно-электронную кожу, которая может одновременно измерять температуру и механическую стимуляцию. Результаты исследования, опубликованные 20 ноября в журнале Science, характеризуются созданием очень простых структур за счет применения особых свойств ионных проводников.
В коже человека есть различные тактильные рецепторы, которые могут определять горячую или холодную температуру, а также другие тактильные ощущения, такие как защемление, скручивание или толкание. Через эти рецепторы люди могут различать механические раздражители и температуру.
Обычный электронный скин, изготовленный до сих пор, имел проблему с большими ошибками в измерении температуры, если на кожу воздействовали механическими раздражителями.
Кожа человека легко растягивается, но при этом не ломается, потому что она полна электролитов, поэтому совместная исследовательская группа создала датчик, используя их.
Они также воспользовались тем фактом, что материал ионного проводника, содержащий электролит, может иметь различные измеряемые свойства в зависимости от его частоты измерения. На основе нового открытия был создан многофункциональный искусственный рецептор, который может одновременно измерять тактильные ощущения и температуру.
Кроме того, исследовательская группа вывела переменные – время релаксации заряда и нормированную емкость, – которые реагируют только на температуру в ионных проводниках, и переменные, которые реагируют только на механические стимулы. Выходные данные переменных могут быть получены при измерении только на двух частотах измерения.
Время релаксации заряда, то есть время, необходимое для исчезновения поляризации ионов, может измерять температуру и не реагировать на движения, а нормализованная емкость может измерять движения, не реагируя на температуру.
Этот искусственный рецептор с простой структурой электрод-электролит-электрод имеет большой потенциал для коммерциализации и точно измеряет температуру нанесенного объекта, а также направление или профиль деформации при внешних воздействиях, таких как сжатие, сжатие, растягивание и скручивание.
Ожидается, что мультимодальная ионно-электронная кожа, которую можно свободно растягивать или модифицировать, но также может определять температуру, будет применима в носимых датчиках температуры или в шкурах роботов для человекоподобных роботов, таких как гуманоиды.
«Когда указательный палец касается электронной кожи, электронная кожа определяет контакт как изменение температуры, а когда палец касается кожи, задняя часть области контакта растягивается и распознает это как движение», – пояснил доктор. Инсанг Ю из POSTECH, который является первым автором статьи. "Я подозреваю, что этот механизм – один из способов, которыми реальная человеческая кожа распознает различные стимулы, такие как температура и движение."
«Это исследование является первым шагом на пути к мультимодальным электронным исследованиям кожи с использованием электролитов», – отметили профессор Унён Чон из POSTECH и автор соответствующей переписки. «Конечной целью этого исследования является создание искусственной ионно-электронной кожи, которая имитирует человеческие тактильные рецепторы и нейротрансмиттеры, что поможет восстановить осязание у пациентов, потерявших тактильные ощущения из-за болезни или несчастных случаев."
Исследование проводилось при поддержке Global Frontier Project и Программы исследователей среднего звена Министерства науки и ИКТ, а также Программы развития промышленных стратегических технологий Министерства торговли, промышленности и энергетики Кореи.