Используя напечатанный на 3D-принтере материал, чувствительный к электрическим полям, исследователи создали новый датчик, который может точно распознавать и различать объекты на расстоянии до 10 сантиметров (около четырех дюймов) без необходимости физического прикосновения к ним. Бесконтактный сенсорный датчик может обеспечить новый уровень чувствительности робототехники, похожей на человека.
За последние несколько лет произошел значительный прогресс в производстве электроники, которая может сгибаться, скручиваться и складываться, что привело к появлению широкого спектра функциональных носимых устройств. Понятно, что интеграция сенсорных датчиков нового уровня в электронную кожу человека стала ключевым фактором, имеющим потенциал для использования в робототехнике, здравоохранении и технологиях.
Электронная кожа со встроенной технологией бесконтактных датчиков может принести пользу многим. Например, возможность махнуть пальцем или жестом для запуска программного обеспечения была бы очень удобной, особенно для людей, которые физически не могут держать устройство в руках. Или люди с ограниченными возможностями по зрению смогут безопасно обходить препятствия. Разумеется, эту функциональность можно распространить на любое устройство, подключенное к Интернету вещей (IoT).
Большинство современных сенсорных датчиков полагаются на непосредственное прикосновение к объекту, чтобы создать измеримую физическую деформацию и соответствующую силу в датчике. Однако благодаря новому исследованию исследователей из Университета Циндао, Китай, мы, возможно, подошли на шаг ближе к бесконтактному зондированию. Они разработали сенсорный датчик, который настолько чувствителен, что работает без прямого контакта между ним и обнаруживаемым объектом.
«Чтобы повысить чувствительность и универсальность, мы разработали новые композитные пленки с удивительными и очень полезными электрическими свойствами. свойств», — сказал Синьлинь Ли, один из авторов исследования.
Чтобы создать свои композитные пленки, исследователи объединили небольшие количества графитового нитрида углерода (GCN) с полидиметилсилоксаном (PDMS), напечатанным на 3D-принтере в сетку. Удивительно, но они обнаружили, что объединение этих двух материалов с высокой диэлектрической проницаемостью (показатель способности сохранять электрическую энергию в электрическом поле) привело к получению материала с низкой диэлектрической проницаемостью и, следовательно, датчика, более чувствительного к электрическим полям.
(а) Схема приближения пальца к датчику и (б) взаимосвязь между изменением емкости и близостью между пальцем и датчиком на расстояниях от нуля до 150 мм. Bingxiang Li et al. <р>Тестируя возможности сетки, используя собственные пальцы в качестве обнаруживаемых объектов, исследователи обнаружили, что сетка воспринимает пальцы на расстоянии от 0,5 до 10 см (от 0,2 до 3,9 дюйма) и не требует физического прикосновения, четко определяя палец как 3D-объект. При тестировании на круглом столе и тригональной призме датчик смог точно распознавать и различать различные формы и движения.
«Работа была выдающейся с точки зрения чувствительности, скорости отклика и надежной стабильности на протяжении многих циклов измерения. использовать», — сказал Ли. «Это открывает новые возможности в области носимых предметов и электронной кожи».
После успешной работы своих датчиков исследователи интегрировали их в печатную плату, чтобы создать единую систему, способную удаленно контролировать человека. движение. Электронная кожа с новыми датчиками крепится к запястью, обеспечивая постоянное соединение с устройством, предназначенным для захвата и беспроводной передачи трехмерной формы объектов на смартфоны, умные часы и компьютеры в режиме реального времени с использованием технологии 4G.
Исследователи планируют усовершенствовать сенсорную технологию с целью ее массового производства. Они также изучат возможности, выходящие за рамки обнаружения формы и движения.
Исследование было опубликовано в журнале Science & Technology of Advanced Materials.
