Инженеры из Университета Глазго в течение многих лет разрабатывали "электронную кожу" для протезов рук, которая обладала бы чувствительностью к прикосновениям и при этом была бы не слишком дорогой в производстве.
Команда под руководством Равиндера Дахии (Ravinder Dahiya) использовала для создания своего гибкого покрытия графен – материал будущего, обладающий множеством достоинств, однако пока невероятно дорогой в производстве.
В 2015 году инженеры из Глазго открыли новый метод производства, который удешевил графен в сто раз. Это позволило специалистам создавать тончайшее, но очень прочное покрытие для протезов рук, которое подарило последним чувствительность, сравнимую с человеческой.
"Человеческая кожа – невероятно сложная система, способная чувствовать давление, температуру и текстуру через массив нейронных сенсоров, которые передают сигналы от кожи в мозг", — рассказывает Дахия. По его словам, примерно те же способности обрела и новая электронная кожа.
"Мои коллеги и я уже сделали важные шаги в создании прототипов протезов, которые объединяют синтетическую кожу и способны проводить очень чувствительные измерения давления. Это означает, что такой протез руки способен выполнять сложные задачи, такие как захват мягких материалов, с которым пока не могут справиться другие протезы", — отмечает учёный.
В ходе нового исследования команда Равиндера Дахии нашла изящное решение для ещё одной проблемы. Напомним, что гибкой синтетической коже, как и любому другому электронному устройству, требуется энергия для питания встроенных микродатчков, обеспечивающих тактильные ощущения.
Таким источником питания учёные сделали солнце, интегрировав в искусственную кожу на основе графена фотоэлементы. Как пояснили авторы работы, они использовали однослойный графен, на который сверху нанесли прозрачный слой полимера, также чувствительный к малейшему давлению (от 0,11 кПа). Под графеном разместились генерирующие энергию фотогальванические ячейки. Поскольку графен пропускает до 98% света, ячейка свободно заряжается от солнца и обеспечивает необходимую мощность – 20 нановаттов на квадратный сантиметр.
Как отметили авторы разработки, их чувствительная кожа способна вырабатывать даже больше энергии, чем требуется для её работы. Правда, способов хранения этой энергии пока не найдено.
Сейчас исследователи продолжают совершенствовать свою разработку. Их цель – создание ещё более чувствительной кожи для протезов, а также роботов. По мнению авторов, сверхчувствительность – первый шаг к безопасности робототехники, работающей совместно с человеком. Что же касается протезов, то, если они не будут нуждаться в дополнительных источниках питания, то станут более лёгкими и удобными для пользователей. Конечная цель учёных – создание полностью энергонезависимых протезов.
Статья с подробным описанием новой разработки шотландских инженеров опубликована в журнале Advanced Functional Materials.
Напомним, что ранее мы рассказывали об электронной коже, чувствительной к теплу, а также обладающей тактильной памятью. Кстати, ещё больше приблизить искусственную кожу к человеческой помогли волосоподобные датчики.
