Разработана искусственная кожа из нанопроводов

Ученые создали чувствительный к давлению электронный материал из полупроводниковых нанопроводов.

Этот материал однажды может представить новое значение для определения «тонкокожий», считают разработчики из Калифорнийского университета в Беркли.

«Идея состоит в том, чтобы создать материал, который функционирует как человеческая кожа, то есть реагирует на внешнее воздействие», сказал Али Джавей, адъюнкт-профессор электротехники и информатики.

Искусственная кожа описывается учеными в издании Nature Materials. Это один из первых материалов, созданных из неорганических одинарных прозрачных полупроводников.

Чувствительная к прикосновению искусственная кожа могла бы преодолеть основную проблему робототехники: приложение точного объема силы, необходимой для удерживания и манипуляции многими предметами.

«Человек может держать хрупкое яйцо, не ломая его», сказал Джавей. «Если однажды нам понадобится робот для погрузки посуды, мы должны удостовериться, что он не расколет бокалы или чашки в процессе. Также мы хотим точно знать, что робот сможет удерживать на весу тарелку, не роняя ее».

Долгосрочная цель состоит в том, чтобы использовать искусственную кожу для восстановления осязания у пациентов с протезами, которые требуют существенных инноваций в области интеграции электронных сенсоров в человеческую нервную систему.

Предыдущие попытки разработать искусственную кожу полностью полагались на органические материалы, так как они более гибкие и их легче обрабатывать.

«Проблема в том, что такие материалы являются плохими полупроводниками, а потому электронные устройства из них потребовали бы высокого напряжения для управления», сказал Джавей. «А неорганика, такая как прозрачный кремний, имеет превосходные электрические свойства и может работать при низком напряжении. Кроме того, неорганика более химически устойчива. Но при этом неорганические материалы менее гибкие и более хрупкие. Работы, проведенные различными научными группами в этом направлении, включая нашу, показали, что миниатюрные полосы или провода из неорганики могут быть весьма гибкими, то есть идеальными как по эффективности, так и по механической гибкости для электроники и сенсоров».

Разработчики применили инновационную технологию производства, которая работает как ролик линта, только наоборот.

Исследователи сначала вырастили германиевые/кремниевые нанопровода на цилиндрическом барабане, который затем прокатили по липкой основе — полиимидной пленке. По словам ученых, технология допускает применение множества материалов, включая пластик, бумагу или стекло.

После размещения нанопроводов ученые получили основу для создания тонких и гибких электронных материалов.

В другом случае нанопровода вырастили прямо на плоской основе, а затем перенесли на полиимидную пленку методом направленного трения.

Нанопровода для искусственной кожи были созданы с помощью 18-19-пиксельной квадратной матрицы со стороной 7 см.  Каждый пиксель содержал транзистор, составленный из сотен нанопроводов.

Далее транзисторы интегрировали в эластичный каучуковый материал, чтобы обеспечить функциональность чувствительности. Матрица потребовала менее чем 5 вольт для работы и показала надежность, будучи согнутой более чем 2000 раз.

Ученые продемонстрировали способность искусственной кожи почувствовать давление от 0 до 15 килопаскалей (данный диапазон сопоставим с печатанием на клавиатуре или удержанием объекта).

«Данная технология может быть улучшена и далее. Ограничением при производстве является размер инструментария, который мы используем», заключили разработчики.

13.09.2010