Вчені розробили першу в світі «електронну шкіру», яка може розрізняти тиск, деформацію та тертя

Вчені з Університету Цінхуа в Китаї здійснили прорив у технології штучної шкіри, розробивши першу у світі «електронну шкіру» з біонічною тривимірною архітектурою. Ця інновація має на меті імітувати чудові можливості людської шкіри у сприйнятті дотику.

Шкіра людини вкрита густою мережею спеціалізованих клітин, які називаються механорецепторами. Ці рецептори розташовані у трьох вимірах, що дозволяє нам розрізняти різні відчуття, такі як тиск, зсув (тертя) і розтягнення з винятковою точністю. Сучасні електронні технології для шкіри не здатні відтворити це нюансоване та одночасне сприйняття на фізичному рівні.

Натхненна блиском природи, дослідницька група професора Чжан Іхуї з Університету Цінхуа розробила новий дизайн електронної шкіри, який включає тривимірну архітектуру. Цей дизайн імітує просторовий розподіл механорецепторів, знайдених у шкірі людини, таких як клітини Меркеля та тільця Руффіні. Результатом є пристрій, здатний самостійно вимірювати тиск, тертя та деформацію на фізичному рівні – значний стрибок вперед у технології штучного дотику.

Ця біонічна електронна шкіра ретельно виготовлена з трьох різних шарів, що відображають структуру людської шкіри:

• Епідерміс: Зовнішній шар, що нагадує текстуру поверхні людської шкіри.
• Дерма: Середній шар, де знаходиться більшість датчиків і схем. Цей шар має унікальну структуру клітини з вісьмома плечима, в якій розміщений блок вимірювання сили. Цей високочутливий блок, розташований близько до поверхні, ефективно виявляє зовнішні сили.
• Підшкірна тканина: Нижній шар, що повторює текстуру підшкірної тканини людської шкіри.

Поєднавши цю тривимірну електронну шкіру з передовими алгоритмами глибокого машинного навчання, дослідницька група досягла неабиякого успіху. Їхнє творіння може не лише сприймати дотик, але й аналізувати модуль пружності (жорсткість) та локальну основну кривизну (форму) об’єкта за допомогою простого контакту.

Це революційне дослідження під назвою «Тривимірно спроєктована електронна шкіра, що імітує людську механосенсорику» було опубліковане в престижному науковому журналі Science 30 травня 2024 року. Розробка має величезний потенціал для різних застосувань, включаючи протези, що забезпечують більш природне відчуття дотику для людей з ампутованими кінцівками та роботів з розширеними тактильними можливостями.