Разработка наиболее функциональной искусственной кожи является одной из передовых задач не только в современной робототехнике. Похожие технологии используются и в области создания гибкой электроники, например, для медицинских целей, а также в дисплеях.
Существующие прототипы уже обладают довольно высокой эластичностью и чувствительностью, могут менять цвет в зависимости от натяжения и даже способны запоминать тактильные ощущения.
Команда Роберта Шепарда (Robert Shepherd) из Корнельского университета поставила себе целью разработать искусственную кожу с датчиками давления, которые помогут определять форму робота извне и самому роботу иметь представление о своей форме, так сказать, изнутри. В результате учёные создали электролюминесцентную кожу, которая растягивается до пяти раз от своего первоначального размера, что само по себе уже рекорд, и непрерывно излучает при этом свет.
В основе изобретения лежит технология гиперэластичного светоизлучающего конденсатора (hyperelastic light-emitting capacitor). Он представляет собой сэндвич из прозрачных гидрогелевых электродов, между которыми располагается диэлектрический слой эластомера с сульфидом цинка в качестве люминофора. Сэндвич интегрирован в силиконовую матрицу. Получившийся тонкий лист при пропускании через него электричества светится с различной интенсивностью. И свечение меняет свою интенсивность при надавливании, растягивании или скручивании.
При добавлении в сульфид цинка разных переходных металлов материал светится разными цветами, например, синим, благодаря меди, или жёлтым из-за присутствия магния.
«Мы можем взять наши разноцветные «пиксели», которые меняют интенсивность, и оснастить ими роботов, — рассказывает доктор Шепард в пресс-релизе университета. – Это важно, поскольку роботы становятся всё большей частью нашей жизни, и человеку однажды понадобится эмоциональная связь с ними. Способность менять цвет в ответ на внешнее воздействие будет иметь большое значение для взаимоотношений между человеком и машиной».
Для того чтобы лучше оценить возможности своей светящейся искусственной кожи, исследователи провели множество экспериментов. В том числе они создали мягкую роботизированную систему, оснащённую тремя разноцветными панелями и пневматическими приводами. Робот по форме слегка напоминает гусеницу и волнообразно передвигается по поверхности. В процессе этого движения отдельные сегменты растягиваются и сжимаются, от чего начинают более или менее интенсивно светиться.
Результаты работы учёные опубликовали в журнале Science. Авторы статьи уверены, что недостатка областей применения для их искусственной кожи не предвидится, и она как минимум обязательно найдёт своё место при совершенствовании носимой электроники и технологий создания дисплеев, а также при разработке мягких роботов и многого другого.
Автор: Дарья Загорская