Ученые из Университета Цинхуа в Китае совершили прорыв в технологии искусственной кожи, разработав первую в мире «электронную кожу» с бионической трехмерной архитектурой. Это нововведение призвано имитировать замечательные способности человеческой кожи воспринимать прикосновения.
Дизайн
Новая электронная кожа воспроизводит пространственное распределение механорецепторов, найденных в коже человека. Кожа человека покрыта густой сетью специализированных клеток, называемых механорецепторами. Эти рецепторы расположены в трех измерениях, что позволяет нам с исключительной точностью различать различные ощущения, такие как давление, сдвиг (трение) и напряжение. Современные технологии электронной кожи пока не способны воспроизвести это тонкое и одновременное восприятие на физическом уровне.
Китайские исследования
Вдохновленная великолепием природы, исследовательская группа профессора Чжан Ихуэя из Университета Цинхуа разработала новый дизайн электронной кожи, включающий трехмерную архитектуру. Этот дизайн имитирует пространственное распределение механорецепторов, обнаруженных в коже человека, таких как клетки Меркеля и тельца Руффини. Результатом стало устройство, способное независимо измерять давление, трение и деформацию на физическом уровне – значительный шаг вперед в технологии искусственного прикосновения.
Структура
Эта бионическая электронная кожа состоит из трех отдельных слоев, повторяющих структуру кожи человека:
- Эпидермис: самый внешний слой, напоминающий текстуру поверхности кожи человека.
- Дерма: средний слой, где находится большинство датчиков и схем. Этот слой имеет уникальную структуру из восьми рычагов, в которой размещен блок измерения силы. Этот высокочувствительный прибор, расположенный близко к поверхности, эффективно обнаруживает внешние силы.
- Подкожная ткань: нижний слой, повторяющий текстуру подлежащей ткани кожи человека.
Достижения
Объединив эту трехмерную электронную кожу с передовыми алгоритмами глубокого машинного обучения, исследовательская группа добилась выдающегося успеха. Их создание может не только воспринимать прикосновение, но и анализировать модуль объекта (жесткость) и локальную основную кривизну (форму) посредством простого контакта.
Публикация и перспективы
Это новаторское исследование под названием «Трехмерная электронная кожа, имитирующая механоощущения человека» было опубликовано в престижном научном журнале Science 30 мая 2024 года. Разработка имеет огромный потенциал для различных применений, включая протезирование, обеспечивающее более естественное ощущение для людей с ампутированными конечностями и роботов с расширенными тактильными возможностями.
Onleihe — это цифровая библиотека Гёте-Института (eLibrary) — Goethe