Известно, что усы являются очень важным осязательным органом многих видов животных, с их помощью животные могут чувствовать малейшие колебания воздуха и прикосновения, что позволяет им ориентироваться в окружающей среде даже при полном отсутствии света. Взяв за основу идею, реализованную природой в виде усов животных, ученые из Национальной лаборатории и Калифорнийского университета в Беркли при помощи углеродных нанотрубок и серебряных наночастиц создали их электронный аналог (кратко об этом мы уже писали).

Эти электронные усы являются датчиками, способными уловить перепады давления в один Паскаль и их применение позволит роботам ориентироваться и передвигаться, избегая препятствий даже в самой сложной окружающей среде.

«Наши электронные усы представляют собой волокна из упругого материала, покрытые пленкой со сложной структурой, состоящей из углеродных нанотрубок и серебряных наночастиц» – рассказывает Али Джейви (Ali Javey), профессор из Калифорнийского университета и сотрудник лаборатории Беркли, – «Проведенные эксперименты показали, что созданные нами датчики получились минимум в десять раз более чувствительны, нежели другие подобные емкостные и резистивные датчики давления, созданные ранее».

Создавая электронные усы, исследователи нанесли на поверхность упругих полимерных волокон специальную пасту, содержащую высокую концентрацию углеродных нанотрубок.

Эти нанотрубки сформировали токопроводящую сеть, имеющую высокое удельное электрическое сопротивление, на поверхность которой затем была нанесена пленка из серебряных наночастиц. Наличие наночастиц сделало сеть из нанотрубок высокочувствительной к механическим воздействиям и напряжениям, которые резко изменяли ее электрическую проводимость.

Рис. 1.

Ключевым моментом, обеспечивающим чувствительность электронных усов, является высокая гибкость полимерных волокон их основания. Даже небольшое внешнее воздействие приводит к достаточно сильному изгибу волокон и влечет за собой существенное изменение удельного сопротивления датчика. В качестве доказательства работоспособности датчиков-усов исследователи расположили несколько таких датчиков на сферической поверхности.

Соединенные в определенную электрическую схему и подключенные к компьютеру эти датчики позволили с высокой точностью составить карту распределения воздушного потока, огибающего эту сферу.

В будущем такие датчики могут быть использованы в качестве осязательных органов различных роботов, которые с их помощью получат возможность даже распознавать формы объектов, с которыми они контактируют. Более того, такие датчики могут быть использованы в медицинских устройствах, имплантатах для контроля сердцебиения, давления и других показателей жизнедеятельности организма человека.

«Наши электронные усы представляют собой новый тип крайне высокочувствительных датчиков, измеряющих силу внешнего воздействия» – рассказывает профессор Джейви, – «Простота их производства, их малые габариты и вес могут обеспечить этим датчикам весьма широкую область применения, начиная от робототехники, человеко-машинных интерфейсов, до медицины и экологического контроля».