Необычный сенсор можно растягивать более чем вдвое от первоначальной длины в любом направлении. После снятия нагрузки он вернётся в исходное состояние без складок и повреждений, не потеряв способность чувствовать прикосновения.

Перспективное покрытие для рук и туловищ роботов создали профессор Чжэнань Бао (Zhenan Bao) и её команда из Стэнфорда, известные нам по разлагаемой в теле человека электронике и электронной коже, впервые почувствовавшей прикосновение бабочки.

Нынешняя разработка группы Бао не столь чувствительна, как предыдущая модель, зато способна не только изгибаться, но и растягиваться. При этом она ещё и прозрачная.

Рис. 1. Помимо первого очевидного
амплуа новинки – кожи для роботов –
прозрачный сенсор можно применить для
создания чувствительных к прикосновениям
экранов или, к примеру, медицинских
повязок, способных предупредить медиков
о чрезмерном сжатии пострадавшего
участка (фото Bao Group).

Состоит новая кожа для роботов из трёх полимерных слоёв (использованы вариации силикона). Два внешних слоя — чуть более твёрдые (из полидиметилсилоксана), средний – более мягкий (полимер Ecoflex). Этот бутерброд способен накапливать электрические заряды, причём количество хранимых зарядов напрямую зависит от степени деформации среднего слоя.

Непрерывно измеряя свойства такого гибкого конденсатора, электроника и оценивает силу нажатия в той или иной точке.

По информации EurekAlert!, ключом к новой коже стали два слоя очень тонких и эластичных электродов, расположенных между парой внешних и внутренним слоями полимеров. Эти электроды формируют измерительную сетку.

Рис. 2. Слева — нанесённые на полимер
полосками армии нанотрубок формируют
наборы пружинок после ряда циклов
растяжения и освобождения материала.
Справа – сетка из электродов позволяет
компьютеру видеть не только величину
давления, но и его распределение по
поверхности «кожи» (иллюстрации Darren
J. Lipomi et al/ Nature Nanotechnology).

Электроды с нужными свойствами учёные смастерили из одностенных углеродных нанотрубок, причём заставили нанотрубки сложиться в форме крошечных пружинок. Они способны растягиваться и изгибаться в широких пределах без нарушения своей целостности и без изменения уровня проводимости.

Чтобы добиться такого эффекта, группа учёных распылила жидкую суспензию нанотрубок на тонкий слой силикона, который затем был довольно сильно растянут последовательно в двух перпендикулярных направлениях.

Первоначально нанотрубки располагались на поверхности полимера хаотично, создавая комки. Но при растяжении плёнки некоторые из наноразмерных комков вытягивались вдоль линии растяжения. А при освобождении силикона его возврат к исходной форме заставлял эти вытянутые конгломераты молекул углерода скручиваться в подобие пружинок.

Впоследствии такие пружинки уже позволяли растягивать себя многократно без нарушения установившейся формы.

Рис. 3. Независимо от того, растягивается «кожа» или сдавливается, два слоя нанотрубочных электродов сближаются. Однако разницу между этими видами деформации легко определить по шаблону распределения давления. Проще говоря, по картине деформирующего усилия в разных точках (фото Steve Fyffe/ Stanford News Service).

Создатели новой «кожи» утверждают, что, модифицировав сетку электродов, можно существенно повысить чувствительность датчика — до уровня прошлого варианта. Того самого, что ощущал на себе бабочек.

Но зато уже сейчас новый эластичный сенсор может похвастать необычайно широким диапазоном измеряемых усилий: «От сдавливания между большим и указательным пальцами до вдвое большего давления, чем развивающееся, когда слон стоит на одной ноге», — говорит один из участников работы Даррен Липоми (Darren Lipomi).