Представлен метод печати искусственной «кожи», содержащей тепловые датчики.
В промышленности люди работают с роботами. Хотя это может повысить производительность, это сопряжено с риском для здоровья и безопасности. В результате некоторые роботы должны содержаться отдельно от людей. Это сопряжено с большими финансовыми затратами и негативно влияет на взаимодействие человека и робота.
Если бы на роботах были датчики для обнаружения человека, то эти проблемы можно было бы решить, но нынешние датчики полагаются на непрактичную, жесткую и толстую электронику. Исследователи TU/e разработали способ создания гибкой, тонкой и точной сенсорной электроники, которая превосходит многие современные датчики. Новый прорыв опубликован в Nature Electronics.
Наш мир наполнен роботами
От роботов-пылесосов до роботов-собаководов — мы внедрили роботов во многие аспекты повседневной жизни. В промышленности роботы помогли автоматизировать многие задачи, и в процессе они обеспечивают как точность, так и скорость, которые находятся за пределами человеческих возможностей.
Однако это не означает, что люди и роботы не тесно сотрудничают в промышленности. «Многие промышленные операции требуют тесного взаимодействия человека и робота», — говорит исследователь Марко Фаттори из отдела электротехники и стартапа TU/e MicroAlign. «Это означает, что роботам нужны точные датчики приближения, чтобы проверять, подходит ли кто-то слишком близко к роботу. Как только кто-то обнаружен, робот отключается, чтобы предотвратить любые травмы человека».
Многие современные датчики основаны на кремниевых компонентах, но они жесткие и толстые, что затрудняет и удорожает их размещение на поверхности робота.
Новая гибкая печатная электроника
«Альтернативой является гибкая печатная электроника, но этот тип электроники имеет более низкие возможности по сравнению с кремниевыми чипами», — отмечает Эудженио Кантаторе из отдела электротехники. «Гибкая электроника медленная и шумная, что отрицательно сказывается на ее точности. Но, в отличие от кремниевых датчиков, гибкие можно размещать на больших площадях, они дешевы в изготовлении и могут производиться в больших количествах».
Итак, чтобы решить проблему создания точной гибкой электроники , Фаттори и Кантаторе в сотрудничестве с исследователями из Франции, Австрии и Великобритании разработали новую гибкую электронику, изготовленную путем печати органических материалов на основе полимеров. Подход к печати позволяет размещать интерфейсную электронику (первый слой электроники после сенсора) в каждом пикселе устройства.
«По сути, мы напечатали электронику на листе пластика или фольги, затем поместили датчики на другую фольгу. После этого мы ламинировали две фольги вместе, что привело к сверхгибкому и тонкому датчику», — говорит Фаттори. «Эта комбинация улучшает качество сигнала по сравнению с предыдущими датчиками».
Рука робота
Для этого исследования исследователи поместили длинноволновые инфракрасные органические пироэлектрические датчики (тепловые датчики) в гибкую фольгу. «Мы создали большой гибкий лист, заполненный тепловыми датчиками, который можно использовать для покрытия конструкции, например, робота-манипулятора », — говорит Кантатаре.
Именно это и сделали исследователи. Они обернули гибкий лист тепловых датчиков вокруг манипулятора, чтобы имитировать промышленную рабочую среду, где человек работает рядом с роботом.
«Гибкий датчик действует как своего рода «искусственная кожа» для робота. Датчики тепла позволяют роботу обнаруживать присутствие подвижного источника тепла, например человека, на расстоянии до 0,4 метра», — отмечает Фаттори. «Более того, датчики также могут обнаруживать человеческую руку, приближающуюся с разных направлений, а не только прямо перед ней».
Отличное обещание
Помимо применения роботов в промышленности, исследователи отмечают, что возможность производить доступные гибкие датчики может быть полезна во многих других областях, таких как здравоохранение.
Например, их можно использовать для картографирования распределения давления на матрасе, что поможет пациентам избежать пролежней. Кроме того, их можно использовать для проверки того, падают ли пожилые люди у себя дома или в домах престарелых, встраивая датчики в полы. Такие датчики можно даже приспособить для контроля целостности крыльев самолетов.
Это исследование является частью комплексного европейского совместного проекта под названием ATLASS. «После многих лет работы мы впервые продемонстрировали на практическом полезном примере большие перспективы недорогих печатных сенсорных поверхностей, включающих электронику», — говорит Кантаторе. «Мы рады использовать эти результаты для начала новых исследований в TU/e».
