Elastyczny i przezroczysty czujnik nacisku udający skórę

Elastyczny i przezroczysty czujnik nacisku udający skórę

Naukowcy ze Stanford University stworzyli sztuczną ‘super skórę’, czyli przezroczysty, podobny doi skóry czujnik nacisku. Nowy sensor wykorzystuje przezroczystą powłokę nanorurek węglowych o pojedynczych ściankach, które zachowują się jak mikroskopijne sprężyny umożliwiające precyzyjne mierzenie działającej na nie siły, niezależnie od tego czy są naciągane, czy ściskane.

„Czujnik ten może rejestrować nacisk w zakresie od uszczypnięcia do zdwojonego nacisku słonia, który nadepnął komuś na stopę.” – stwierdził Darren Lipomi ze Stanford. „I żaden nie powoduje trwałej deformacji.” – dodał.

Czujniki te mogłyby posłużyć do budowy czułych na dotyk protez, robotów, czułych na nacisk bandaży albo dotykowych ekranów.

Kluczowym elementem nowego sensora jest przezroczysta powłoka węglowych ‘nansprężyn’, która powstaje przez natryśnięcie nanorurek na silikonową powłokę, która zostaje potem naciągnięta i przywrócona do pierwotnej formy.

Naciąganie pokrytego nanorurkami silikonu po raz drugi prostopadle do pierwszego powoduje, że niektóre nanorurki układają się w kierunku rozciągania, dzięki czemu sensor może być dowolnie rozciągany w różnych kierunkach i za każdym razem powróci do swojej pierwotnej postaci.

Czujnik składa się z dwóch takich pokrytych nanorurkami silikonowych powłok skierowanych do siebie czołami oraz warstwy łatwiejszego do zdeformowania silikonu pomiędzy nimi.

Środkowa warstwa silikonu magazynuje ładunek elektryczny, zupełnie jak bateria. Gdy sensor poddawany jest naciskowi, środkowa warstwa silikonu jest ściskana, co zmienia jej pojemność. Zmiana ta jest wykrywana przez dwie powłoki węglowych nanorurek, które pełnią rolę dodatniego i ujemnego bieguna.

Niezależnie od tego czy sensor jest rozciągany, czy ściskany, dwie zewnętrzne nanopowłoki zbliżają się do siebie, co potencjalnie utrudnia odróżnienie tych dwóch rodzajów działających sił. Jednakże, według Lipomiego, dzięki różnicom we wzorcach nacisku możliwe jest ich rozróżnienie. Podczas ściskania, największą deformację powłok obserwuje się na środku, a najmniejszą na krańcach.

„Gdyby urządzenie było rozciągane z dwóch stron przez szczypce, największą deformację obserwowalibyśmy wzdłuż linii łączącej szczypce. Im dalej od tej linii, deformacja byłaby mniejsza.” – dodał Lipomi.

(lk)