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電子胡須可能是未來電子皮膚的試金石

2019-06-14 16:27:25 編輯: 來源:
導(dǎo)讀 你在寵物身上看到的那些可愛的小胡須不僅僅是抽搐著。長而突出的毛發(fā)實(shí)際上是觸摸感受器,將關(guān)于周圍環(huán)境的重要信息發(fā)送到大腦并幫助動物了

你在寵物身上看到的那些可愛的小胡須不僅僅是抽搐著。長而突出的毛發(fā)實(shí)際上是觸摸感受器,將關(guān)于周圍環(huán)境的重要信息發(fā)送到大腦并幫助動物了解它們的環(huán)境。

德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的研究人員利用形狀記憶聚合物創(chuàng)造了一種稱為電子晶須的人造電子版本,模仿真實(shí)物品的特性。他們在最近發(fā)表在Advanced Materials期刊上的一篇論文中描述了他們的工作。

根據(jù)組裝它們的研究人員的說法,頭發(fā)狀結(jié)構(gòu)是工程電子人體皮膚的重大進(jìn)步。

密封傳感器

“在動物王國中有一些非常有趣的例子,說明胡須如何有助于探測和詢問環(huán)境,”Jonathan Reeder BS'12博士說,該研究的主要作者,該研究的博士作為博士Erik Jonsson工程與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院的學(xué)生。

他說,密封件就是一個很好的例子。

“密封件使用長須子進(jìn)行非常復(fù)雜的傳感。當(dāng)他們在水中游泳時,他們的胡須實(shí)際感覺到水的流動,??”現(xiàn)在是西北大學(xué)博士后研究員的Reeder說。“已經(jīng)進(jìn)行了一項(xiàng)測試,其中蒙著眼睛的海豹會發(fā)現(xiàn)魚在游泳池里游泳,并且可以根據(jù)湍流實(shí)際跟蹤魚類。魚會擾亂水,水會干擾海豹的胡須,并提供有關(guān)哪里的信息魚是。它是晶須的三維結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)這些先進(jìn)的功能。“

Reeder和他的博士導(dǎo)師Walter Voit博士BS'05,MS'06一起創(chuàng)作了他自己的胡須版本。Voit是材料科學(xué)與工程和機(jī)械工程的副教授,是該論文的作者。

從平板形狀記憶聚合物中切出電子晶須的輪廓,該聚合物在室溫下是剛性的,但在加熱時變得柔韌。在每個晶須的頂部圖案化柔性應(yīng)變傳感器,其具有與人類頭發(fā)大致相同的直徑并保持附著在片材上。

當(dāng)研究人員通過切口底部吹出熱空氣時,材料變得柔軟且可彎曲,使小手指或電子晶須上升并變成三維的。一旦組裝了電子晶須,干擾就會引起應(yīng)變傳感器電阻的變化,從而可以精確跟蹤每個電子晶須的位置。

“到目前為止,我們已經(jīng)創(chuàng)造了一些密度最高的電子晶須,”Voit說。“當(dāng)你有很多像這樣的傳感器可以拖過表面時,你可以用它們來測量許多有趣的特性。我們的電子晶須能夠檢測到力,壓力,接近度,溫度,剛度和地形。他們用各種材料擦拭或掃過它們,模仿人體皮膚的感應(yīng)能力。“

復(fù)制皮膚功能

研究人員表示,機(jī)器人和假肢可能是電子胡須的兩大應(yīng)用。

“許多機(jī)器人已經(jīng)從他們的物理環(huán)境中收集了觸覺信息。然而,傳統(tǒng)的傳感器缺乏人類觸摸的復(fù)雜性和豐富性。使用電子胡須,我們可以增加在表面上放牧傳感器時可以獲得的信息類型,”里德說。“在機(jī)器人技術(shù)中,電子胡須可以通過確定什么是軟硬,冷熱,光滑和粗糙來復(fù)制人體皮膚的功能。它們可以讓機(jī)器人識別物體并安全地與它們互動,使機(jī)器人更加”人性化“ '”。

將電子晶須與假體整合可能更困難。

“將電子傳感器直接與生物學(xué)相結(jié)合是最引人注目的應(yīng)用,但提出了一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),”Reeder說。“即,如何將傳感器產(chǎn)生的電子信號轉(zhuǎn)換為神經(jīng)系統(tǒng)的'語言',以及如何在柔性電子組織和軟組織之間形成穩(wěn)定的機(jī)械和電氣耦合。”

最終,科學(xué)家們不僅希望用假肢復(fù)制人體功能,還要改進(jìn)它。

“電子晶須對表面拓?fù)浜蜏囟茸兓撵`敏度,以及傳感器的響應(yīng)時間,都超過人體皮膚的能力至少一個數(shù)量級,”Reeder說。“對于一個有假肢的人來說,實(shí)際上比用人手有更好的靈敏度并非不可能。”

參與這項(xiàng)工作的其他UT達(dá)拉斯研究人員是機(jī)械工程研究生Tong Kang和本科生物工程專業(yè)學(xué)生Sarah Rains。


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