Бионические пальцы создают 3D-карты тканей человека, электроники и других сложных объектов.
Что, если бы вместо рентгеновских лучей или ультразвука мы могли бы использовать прикосновение для изображения внутренностей человеческого тела и электронных устройств? В исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports Physical Science 15 февраля, исследователи представили бионический палец, который может создавать 3D-карты внутренних форм и текстур сложных объектов, касаясь их внешней поверхности.
«Мы были вдохновлены человеческими пальцами, которые обладают самым чувствительным тактильным восприятием, которое мы знаем», — говорит старший автор Цзяньи Луо, профессор Университета Уи. «Например, когда мы касаемся собственного тела пальцами , мы можем ощущать не только текстуру нашей кожи, но и очертания кости под ней».
«Наш бионический палец выходит за рамки предыдущих искусственных датчиков, которые были способны распознавать и различать только внешние формы, текстуры поверхности и твердость», — говорит соавтор Чжимин Чен, преподаватель Университета Уи.
Бионический палец «сканирует» объект, двигаясь по нему и оказывая давление — представьте себе постоянный поток тычков или толчков. С каждым толчком углеродные волокна сжимаются, и степень сжатия дает информацию об относительной жесткости или мягкости объекта. В зависимости от материала объекта он также может сжиматься при нажатии бионическим пальцем: твердые объекты сохраняют свою форму, а мягкие объекты деформируются при приложении достаточного давления. Эта информация вместе с местом, где она была записана, передается на персональный компьютер и отображается на экране в виде трехмерной карты.
Исследователи проверили способность бионического пальца отображать внутренние и внешние особенности сложных объектов, сделанных из нескольких типов материалов, таких как жесткая буква А, скрытая под слоем мягкого кремния, а также объекты более абстрактной формы. Когда они использовали его для сканирования небольшого составного объекта, состоящего из трех разных материалов — жесткого внутреннего материала, мягкого внутреннего материала и мягкого внешнего покрытия, — бионический палец смог различить не только мягкое внешнее покрытие и внутреннее твердое покрытие. гребни, но он также может показать разницу между мягким внешним покрытием и мягким материалом, заполняющим внутренние канавки.
Затем исследователи проверили способность пальца ощущать и отображать смоделированные ткани человека . Они создали эту ткань, состоящую из скелетного компонента, состоящего из трех слоев твердого полимера и мягкого силиконового «мышечного» слоя, с помощью 3D-печати. Бионический палец смог воспроизвести трехмерный профиль структуры ткани и определить местонахождение смоделированного кровеносного сосуда под мышечным слоем.
Команда также исследовала способность бионического пальца диагностировать проблемы в электронных устройствах , не открывая их. Сканируя поверхность неисправного электронного устройства с помощью бионического пальца, исследователи смогли создать карту его внутренних электрических компонентов и точно определить место, в котором цепь была отключена, а также неправильно просверленное отверстие, не пробив его. инкапсулирующий слой.
«Эта тактильная технология открывает неоптический способ неразрушающего контроля человеческого тела и гибкой электроники», — говорит Луо. «Далее мы хотим развить способность бионического пальца к всенаправленному обнаружению с использованием различных материалов поверхности».
