Pierwsza w historii rozciągliwa skóra elektroniczna mogłaby zapewnić robotom i innym urządzeniom taką samą miękkość i wrażliwość na dotyk jak ludzka skóra, otwierając nowe możliwości wykonywania zadań wymagających dużej precyzji i kontroli siły.
Nowa rozciągliwa e-skóra, opracowana przez naukowców z Uniwersytetu Teksasu w Austin, rozwiązuje główne wąskie gardło w powstającej technologii. Istniejąca technologia e-skin traci dokładność wykrywania w miarę rozciągania się materiału, ale w przypadku nowej wersji tak nie jest.
„Podobnie jak ludzka skóra musi się rozciągać i zginać, aby dostosować się do naszych ruchów, tak samo e-skóra” – powiedział Nanshu Lu, profesor na Wydziale Inżynierii Lotniczej i Mechaniki Inżynieryjnej Cockrell School of Engineering, który kierował projektem. „Bez względu na to, jak bardzo nasza e-skóra się rozciąga, reakcja na nacisk nie zmienia się, a to jest znaczące osiągnięcie”.
Nowe badanie opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Matter.
Lu uważa, że rozciągliwa e-skóra jest kluczowym elementem dłoni robota, charakteryzującym się tym samym poziomem miękkości i wrażliwości w dotyku, co ludzka dłoń. Można to zastosować w opiece medycznej, gdzie roboty mogą sprawdzać puls pacjenta, wycierać ciało lub masować jego część.
Dlaczego pielęgniarka-robot lub fizjoterapeuta jest niezbędny? Na całym świecie miliony ludzi starzeją się i potrzebują opieki w stopniu większym, niż może zapewnić światowy system medyczny.
„Jeśli w przyszłości będziemy mieć więcej osób starszych niż dostępnych opiekunów, będzie to kryzys na całym świecie” – powiedziała Lu. „Musimy znaleźć nowe sposoby skutecznej i delikatnej opieki nad ludźmi, a roboty są ważnym elementem tej układanki”.
Poza medycyną w przypadku katastrof można zastosować roboty opiekujące się ludźmi. Mogliby na przykład szukać rannych i uwięzionych w wyniku trzęsienia ziemi lub zawalonego budynku i zastosować pomoc na miejscu, np. przeprowadzić resuscytację krążeniowo-oddechową.
Technologia E-skin wykrywa nacisk wynikający z kontaktu, dzięki czemu podłączona maszyna wie, jakiej siły należy użyć, aby na przykład chwycić filiżankę lub dotknąć osoby. Jednak po rozciągnięciu konwencjonalnej e-skóry wykrywa ona również tę deformację. Odczyt ten powoduje dodatkowy szum, który zaburza zdolność czujników do wykrywania ciśnienia. Może to spowodować, że robot użyje zbyt dużej siły, aby coś złapać.
W demonstracjach rozciągliwość umożliwiła naukowcom stworzenie nadmuchiwanych sond i chwytaków, które mogły zmieniać kształt, aby wykonywać różnorodne wrażliwe zadania oparte na dotyku. Nadmuchaną sondę owiniętą w skórę zastosowano u ludzi w celu dokładnego zarejestrowania ich tętna i fal tętna. Opróżnione chwytaki mogą wygodnie trzymać kubek, nie upuszczając go, nawet jeśli moneta zostanie wrzucona do środka. Urządzenie wcisnęło także chrupiącą skorupkę taco, nie łamiąc jej.
Kluczem do tego odkrycia jest innowacyjny hybrydowy czujnik ciśnienia, nad którym Lu i współpracownicy pracowali od lat. Podczas gdy konwencjonalne e-skórki mają charakter pojemnościowy lub rezystancyjny, hybrydowa e-skórka wykorzystuje obie reakcje na nacisk. Udoskonalenie tych czujników i połączenie ich z rozciągliwymi materiałami izolacyjnymi i elektrodami umożliwiło stworzenie innowacji w postaci e-skóry.
Lu, która jest również powiązana z Wydziałem Inżynierii Biomedycznej, Wydziałem Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Rodziny Chandra, Wydziałem Inżynierii Mechanicznej Walkera i Texas Materials Institute, wraz z zespołem pracuje obecnie nad potencjalnymi zastosowaniami. Współpracują z Roberto Martinem-Martinem, adiunktem na Wydziale Informatyki Kolegium Nauk Przyrodniczych, aby zbudować ramię robota wyposażone w e-skórę. Naukowcy i UT złożyli tymczasowy wniosek patentowy na technologię e-skóry, a Lu jest otwarty na współpracę z firmami zajmującymi się robotyką w celu wprowadzenia jej na rynek.
Inni autorzy artykułu to Kyoung-Ho Ha i Sangjun Kim z Wydziału Inżynierii Walkera; Zhengjie Li, Heeyong Huh i Zheliang Wang z Wydziału Inżynierii Lotniczej i Mechaniki Inżynieryjnej; oraz Hongyang Shi, Charles Block i Sarnab Bhattacharya z Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Rodziny Chandra. Ha jest obecnie pracownikiem naukowym ze stopniem doktora w Querrey Simpson Institute for Bioelectronics na Northwestern University, a Block jest obecnie doktorantem na Uniwersytecie Illinois na Wydziale Informatyki Urbana-Champaign.