Бионический палец может обнаруживать детали под поверхностью материала

Кончик человеческого пальца - это чрезвычайно чувствительный инструмент для восприятия объектов. Согласно недавней статье, опубликованной в журнале Cell Reports Physical Science, команда китайских ученых имитировала этот механизм восприятия, чтобы создать бионический палец со встроенной системой тактильной обратной связи, способный тыкать в сложные объекты, чтобы различить детали под поверхностным слоем.

По словам авторов, ранее разработанные искусственные тактильные датчики могли распознавать и различать только внешние формы, текстуры поверхности и твердость. Но они не способны воспринимать подповерхностную информацию об этих материалах. Обычно для этого требуются оптические технологии, такие как компьютерная томография, ПЭТ, ультразвуковая томография (которая сканирует внешнюю поверхность материала для восстановления изображения его внутренней структуры) или, например, МРТ. Но все это также имеет недостатки. Аналогичным образом, оптическая профилометрия часто используется для измерения профиля и отделки поверхности, но она работает только с прозрачными материалами.

Когда мы прикасаемся к чему-либо пальцами, кожа испытывает механическую деформацию, такую как сжатие или растяжение, что запускает механорецепторы для отправки электрических импульсов. Эти импульсы проходят через центральную нервную систему в соматосенсорную кору головного мозга. Мозг интегрирует эти электрические импульсы, чтобы идентифицировать особенности объекта, к которому мы прикасаемся. Эта тактильная обратная связь позволяет нам распознавать форму материала, текстуру поверхности, жесткость или мягкость.

Умный бионический палец имитирует эту систему обратной связи. Металлический цилиндр, установленный на верхней части пальца, служит контактным наконечником, в то время как пучки углеродного волокна служат тактильными механорецепторами (чувствительным элементом). Они подключены к модулю обработки сигналов. Палец "сканирует" поверхность целевого объекта, периодически надавливая, подобно тычку или толчку. Это сжимает углеродные волокна, и то, насколько сильно материал сжимается, передает информацию о его относительной жесткости или мягкости. Эта информация, наряду с тем, где на поверхности она была записана, затем отправляется на компьютер, который преобразует данные в 3D-карту.

Авторы проверили свой бионический палец, используя различные сложные объекты. Например, они проверили способность пальца обнаруживать и отображать жесткую букву "А" прямо под слоем мягкого кремния (см. Видео выше), а также другие абстрактные формы. Пальцы могут даже различать жесткие и мягкие внутренние материалы и мягкое внешнее силиконовое покрытие.

Они также создали физическую модель человеческой ткани, напечатанную на 3D-принтере, из трех слоев твердого полимера (для "скелета") и мягкого силиконового внешнего слоя (для "мышц"). Бионический палец отсканировал и успешно воспроизвел 3D-профиль структуры ткани модели, включая расположение "кровеносного сосуда", расположенного под "мышечным" слоем.

Наконец, авторы протестировали бионический палец на неисправном электронном устройстве, успешно создав карту внутренних компонентов. Палец мог точно определить, где цепь была отключена, и определить отверстие, которое было просверлено неправильно, не пробивая окружающий внешний слой.

#наука #технологии #будущее #роботы