Ultratenká elektronická koža zmení dotyk priamo na svetlo

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Elektronická koža eLuminator má hrúbku 70 μm a rozlíšenie 847 dpi, ktoré vykreslí aj odtlačok prsta.

• Materiál reaguje na tlak do 180 kPa rozsvietením do 15 ms bez potreby externého zdroja.

• Technológia zvládne natiahnutie na viac ako dvojnásobok dĺžky a 4 000 cyklov opakovaného zaťaženia.

Vedci z National University of Singapore pod vedením profesora Lim Chwee Tecka a Wu Zixionga vyvinuli ohybnú elektronickú kožu, ktorá sa pri dotyku okamžite rozsvieti. Zariadenie s názvom eLuminator spája snímanie tlaku, jeho meranie a priamu vizualizáciu do jediného materiálu. S hrúbkou len 70 μm dosahuje rozlíšenie 847 dpi, čo predstavuje priestorové rozlíšenie 30 μm a stačí na vykreslenie jednotlivých línií odtlačku prsta. Výskumníci publikovali detaily o svojom projekte v odbornom časopise Nature Communications.

Bežné elektronické kože pre roboty a protézy využívajú siete tlakových senzorov, ktoré menia silu na elektrické signály a posielajú ich cez káble do externého počítača alebo displeja. Príkladom je nafukovacia protetická ruka z MIT s hmatovou maticou alebo protéza z Johns Hopkins University využívajúca elektromyografiu napojenú na svaly a nervy. Tieto systémy sú však zložité, rozmerné a pri snahe o vyššie rozlíšenie trpia rušením signálu a tuhosťou komponentov. Koža eLuminator tieto prekážky obchádza tým, že premieňa mechanický tlak priamo na viditeľné svetlo presne v mieste dotyku.

Zdroj foto: National University of Singapore

Zariadenie sa skladá z troch hlavných vrstiev, pričom vrchnú citlivú vrstvu pokrývajú tisíce mikroskopických kupolovitých štruktúr. Strednú vrstvu tvoria svetlo emitujúce častice sulfidu zinočnatého dopovaného meďou a na spodku sa nachádza priehľadná elektróda. Pri pripojení striedavého napätia vznikne elektrické pole, ktoré je v pokojovom stave príliš slabé na rozsvietenie častíc. Keď však na povrch zatlačí prst, mikroskopické kupoly sa stlačia, zväčšia kontaktnú plochu a zmenšia vzdialenosť medzi elektródami, čím zosilnia elektrické pole a rozžiaria častice úmerne vyvinutému tlaku.

Stlačenie zároveň mení elektrickú kapacitu materiálu, takže po pripojení k čítacej elektronike dokáže systém merať tlak aj číselne. Optická odozva nastáva do 15 ms, kým elektronické vyhodnotenie tlaku trvá približne 110 ms. Materiál zachytáva jemné dotyky aj tlak do hodnoty 180 kPa a sleduje aj pohyb, napríklad pri písaní. Koža sa dokáže natiahnuť na viac ako dvojnásobok pôvodnej dĺžky a udržala si stabilný výkon aj po 1 000 cykloch ohnutia a 4 000 cykloch opakovaného stlačenia.

V praktických testoch vedci využili 3D tlačený model chodidla na mapovanie tlaku, čo môže pomôcť pri prevencii diabetických vredov. Následne kožu pripevnili na laparoskopické chirurgické kliešte a pri simulovaných zákrokoch na umelom tkanive, cievach a modeli slepého čreva sledovali silu stlačenia priamo cez jas svetla. Prechod z laboratória do praxe však zatiaľ brzdí potreba externého zdroja striedavého prúdu s napätím 150 V a frekvenciou 1 kHz. Tím preto pracuje na znížení energetickej náročnosti a zvýšení citlivosti pre využitie v nositeľnej elektronike, robotike a biometrii.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Priama premena tlaku na svetlo odstraňuje potrebu zložitej elektroniky a dáva chirurgom aj robotom okamžitú vizuálnu kontrolu nad silou stisku.

Zdroj: newatlas.com foto: National University of Singapore

Zobrazit Galériu