Naukowcy opracowali elektroniczną skórę z wszechkierunkowym rozciągliwym czujnikiem nacisku

Jak wyjaśnia szef zespołu naukowców prof. Kilwon Cho, zastosowany w elektronicznej skórze wszechkierunkowy czujnik ciśnienia "skutecznie wykrywa nacisk nawet przy obciążeniu rozciągającym". Może być on stosowany jako czujnik nacisku w protetyce, miękkiej robotyce czy w interfejsach człowiek-maszyna.

Rozwój sztucznej skóry, wyposażonej w liczne elektroniczne czujniki, jest niezbędny w wielu dziedzinach, np. rehabilitacji (protezy) czy robotyce. Jednym z kluczowych elementów tej technologii są rozciągliwe czujniki nacisku, które mogą wykrywać różne rodzaje dotyku i nacisku oraz być odporne na wiele cykli wytrzymałości zmęczeniowej.

Zespół południowokoreańskich naukowców z Pohang University of Science and Technology i University of Ulsan stworzył wszechkierunkowy rozciągliwy czujnik nacisku z mikrokopułami i pomarszczonymi powierzchniami. Inspiracją dla badaczy była skóra krokodyla i jej z unikalny narząd czuciowy.

Krokodyle mają niezwykłą zdolność wyczuwania małych fal wody i ruchów powietrza, przez co namierzają swoje ofiary. Jest to możliwe dzięki niezwykle wyrafinowanemu i wrażliwemu narządowi zmysłu znajdującemu się na ich skórze. Narząd ten składa się z półkulistych guzków czuciowych, które są ułożone w powtarzający się wzór z pomarszczonymi "zawiasami" między nimi. Kiedy krokodyl porusza swoim ciałem, zawiasy odkształcają się, podczas gdy część czuciowa pozostaje nienaruszona. Umożliwia to krokodylowi zachowanie wyjątkowego poziomu wrażliwości na bodźce zewnętrzne.

Inspirując się skórą krokodyla i jego narządem czuciowym, koreańscy naukowcy - poprzez wynalezienie półkulistego elastomerowego polimeru z delikatnymi fałdami, zawierającego długie lub krótkie nanoprzewody - stworzyli urządzenie, które przewyższa dostępne obecnie czujniki ciśnienia. Podczas gdy inne czujniki tracą czułość pod wpływem mechanicznych odkształceń, nowy czujnik zachowuje swoją czułość nawet po rozciągnięciu w jednym lub dwóch różnych kierunkach.

Dzięki drobno pomarszczonej strukturze powierzchni czujnik zachowuje wysoką czułość na nacisk nawet w przypadku znacznego odkształcenia. Po przyłożeniu zewnętrznej siły mechanicznej pomarszczona struktura rozciąga się, zmniejszając nacisk na półkulisty obszar wykrywania. Ta redukcja naprężeń sprawia, że nowy czujnik wykazuje wyjątkową czułość nawet przy rozciągnięciu do 100 proc. w jednym kierunku i 50 proc. w dwóch różnych kierunkach.

Więcej informacji w artykule źródłowym (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202270287).

Tomasz Szczerbicki