Создана искусственная кожа из нанопроволок

«Идея заключалась в создании материала, который функционировал бы как кожа человека, что включает способность кожи к тактильным ощущениям», - объяснил доцент электротехники и компьютерных наук Али Явей (Ali Javey), возглавлявший исследование. Искусственная кожа или так называемая «E-кожа» («Е-skin») была описана в статье, вышедшей 12 сентября 2010 г. в авторитетном интернет-журнале Nature Materials. E-кожа - первый материал, изготовленный из неорганических монокристаллических полупроводников.

Чувствительная к прикосновению искусственная кожа поможет решить главную проблему робототехники: адаптацию величины прикладываемой роботом силы, необходимой для удержания и манипулирования различными объектами.

«Каждому человеку известно, как удержать хрупкое яйцо в руках, не разбив его. Если мы хотим создать робота, который, например, будет мыть посуду, мы должны быть уверенными в том, что он не разобьет бокалы», - объясняет Явей.

Дальнейшей целью ученых может стать разработка метода использования электронной кожи для восстановления чувствительности к прикосновениям у пациентов с протезами конечностей. Это потребует большой работы в области интеграции электронных датчиков и нервной системы человека. Прапор


В предыдущих попытках создания искусственной кожи в качестве основы использовались органические материалы, поскольку они обладают пластичностью и более просты для работы. «Проблема заключается в том, что органические материалы являются плохими полупроводниками. Это означает, что электронные устройства, изготовленные на их основе, требуют при своей работе высокого напряжения. С другой стороны, такие неорганические материалы, как кристаллический кремний, имеют отличные электрические свойства и могут работать при малой мощности. Они также обладают более высокой химической стабильностью. Однако первые материалы, полученные на основе кремния, были негибкими и легко ломались. Последние работы различных групп ученых, включая нашу, показали, что миниатюрные полосы или проволоки из неорганических материалов могут быть очень гибкими. Это - идеальное решение, обеспечивающее высокую производительность механически гибких приборов и датчиков», - рассказал ученый. Солдат


Инженеры из Калифорнийского Университета в Беркли используют инновационный метод изготовления нанопроволоки. Сначала исследователи наращивают нанопроволоки из германия/кремния на цилиндрический барабан, который затем заворачивается в липкую подложку. В качестве подложки использовалась полиамидная пленка, однако, как утверждают изобретатели, для этого можно применять различные материалы, включая другие пластмассы, бумагу или стекло. После того, как барабан был прокатан, на подложку в строго определенном порядке были нанесены нити нанопроволоки. Таким образом была сформирована основа, из которой затем создавались тонкие, гибкие полоски нового материала. Ученые использовали и другой метод создания нанопроволок, при котором они сначала наращивались на подложке с гладкой поверхностью, а затем были перенесены на полиамидную пленку путем направленного трения. Финал


Для Е-кожи исследователи отпечатали нанопровода на квадратной матрице размером 18 х 19 ячеек. Каждая ячейка содержала транзистор, состоящий из сотни полупроводниковых нанопроводов. Транзисторы из нанопроволоки были затем интегрированы с чувствительной к давлению резиной. Матрице требуется напряжении менее 5 вольт, чтобы работать и поддерживать свою прочность после воздействия более чем 2000 циклов, действующих на изгиб. Начало


Ученые продемонстрировали способность Е-кожи определять давление от 0 до 15 кПа. Этот диапазон сопоставим с силой, которая используется для набора букв на клавиатуре или удержания объекта.


Художественное изображение искусственной электронной кожи с активной матрицей из нанопроволок. Рука, покрытая Е-кожей, держит хрупкое яйцо, демонстрируя возможность применения новой разработки для создания интеллектуальных роботов, а также протезов конечностей (Иллюстрация: Ali Javey и Kuniharu Takei).

По материалам:
University of California - Berkeley

Оригинальная статья:
Takei K. et al. Nanowire active-matrix circuitry for low-voltage macroscale artificial skin. Nature Materials, 2010; DOI: 10.1038/nmat2835