USD
96.78
-0.49
EUR
100.5
-0.73
Категория: Наука и технологииНаука и технологии
19 декабря 2022 г. в 13:41

Механические датчики, вдохновлённые кожей крокодила, демонстрируют необычайную чувствительность

Механические датчики, вдохновлённые кожей крокодила, демонстрируют необычайную чувствительность
www.advancedsciencenews.com
Вдохновленные уникальной чувствительной кожей крокодила команда Пхоханского университета науки и техники недавно разработала способный растягиваться датчик давления, который можно было бы использовать в протезировании, мягкой робототехнике и интерфейсах "человек – машина".
Современные механические датчики имеют ряд ограничений, в том числе плохую растяжимость и последующую потерю чувствительности при деформации, которые являются важными характеристиками для оптимизации, если датчики применяются в носимых устройствах или мягких роботах.
«Когда мы думали о разработке более совершенных датчиков давления, мы вспомнили документальный фильм о способности крокодилов обнаруживать даже малейшие вибрации в воде. [Поэтому] мы начали исследовать кожу крокодила», — говорит Килвон Чо, профессор кафедры химического машиностроения, в статье издания Advanced Science News.
Исследователи установили, что рецепторы давления в крокодиловой коже имеют куполообразную форму, что обеспечивает более высокую чувствительность по сравнению с плоскими рецепторами, поскольку они легче деформируются при приложении механического давления. Рецепторы окружены шарнирными структурами, которые «поглощают» эту деформацию, удерживая куполообразные рецепторы в первозданной форме.
Чо и его команда решили воссоздать эти микроскопические куполообразные механические рецепторы, имитируя шарниры в крокодиловой коже, чтобы разработать датчик, способный воспринимать давление даже при напряжении. Искусственные механические датчики состоят из двух компонентов: одного деформируемого элемента, который меняет форму под механическим давлением, и проводящего элемента, который преобразует механический сигнал в электрический.
В текущем исследовании была использована пленка из растяжимого органического полимера на основе кремния, называемого полидиметилсилоксаном, на котором разработчики сделали «выпуклости» в форме микрокупола, чтобы имитировать поверхность кожи крокодила. Затем они внедрили в полимерную структуру серебряные нанопроволоки, которые служат проводящим компонентом. При деформации микрокупола эти тончайшие проволоки перестраиваются и создают электрический ток, считываемый электродом в верхней части структуры. Чтобы сделать датчик способным обнаруживать механическое давление даже при растяжении, команда также добавила структурные «морщины» между микрокуполами, многократно растягивая и отпуская материал. 
При испытаниях датчика чувствительность к давлению практически не изменилась, когда пленку растягивали в разных направлениях. Кроме того, исследователи убедились в способности датчика противостоять повторяющемуся механическому давлению, не деформируясь, не ломаясь и не изменяя свою чувствительность.
«Наш датчик полностью состоит из эластомерного полимера полидиметилсилоксана, поэтому он обладает механической прочностью при многократном вертикальном давлении и растяжении», — поясняет Сын Гу Ли, доцент кафедры химии Ульсанского университета.
Задумавшись о применении датчика, исследователи провели испытания, в результате которых было обнаружено, что их устройство чувствительно к весу монет разного размера, восприимчиво к малейшим колебаниям давления воздуха или прикосновениям. Чтобы сделать этот датчик более надёжным, команда планирует включить различные другие сенсорные функции, такие как температурная, химическая и световая чувствительность.
0 комментариев