С помощью кончиков пальцев человек может не только осязать и хвататься за предметы в окружающей его среде, но и ощущать тактильные свойства предметов и определять другие атмосферные изменения. Кончики пальцев — невероятно чувствительные участки нашей кожи, на которых выбиты уникальные отпечатки.
Робототехники пытаются создать все более совершенные искусственные кончики пальцев, поскольку они могут позволить роботам различать тонкие текстуры предметов и, возможно, даже отслеживать атмосферные изменения в окружающей среде. Хотя за последние несколько лет было предложено несколько материалов, похожих на кожу, большинство из них не могут эффективно воспроизвести тактильные возможности человека.
Исследователи из Университета Донхуа в Китае недавно представили новую ионную кожу, которая может быть использована для имитации функции кончиков пальцев у роботов. Эта кожа, представленная в статье в журнале Advanced Materials, в конечном итоге может позволить роботам ощущать тактильные свойства объектов и распознавать различные текстуры или материалы.
«Эта работа была изначально вдохновлена кончиками пальцев и отпечатками пальцев, которые мы используем для осязания и восприятия мира каждый день», — сказал Tech Xplore доктор Шенгтонг Сан, один из исследователей, проводивших исследование. Несмотря на то, что в последние годы было создано множество «твердых» биомиметических пальцев, в разработке искусственных «мягких» ионных кож с тактильными возможностями, подобными пальцам, остаются две ключевые проблемы. Одна из них — преодоление деформационных помех при тактильном восприятии давления; другая — достижение распознавания тонких текстур, как на кончиках пальцев, что также является проявлением высокой тактильной чувствительности».
В рамках своего недавнего исследования д-р Сан и его коллеги поставили перед собой задачу преодолеть эти две ключевые проблемы, с которыми обычно сталкиваются при попытке разработать мягкие кожи, состоящие из ионов, также известные как ионные кожи. Для этого они сначала задумались о том, как можно сформировать и охарактеризовать отпечатки пальцев на мягком материале, в конечном итоге имитируя структуру и функцию кончиков пальцев человека.
«Мы заметили, что кончики пальцев имеют контрастную по модулю структуру отпечатков с периодическими гребнями и долинами», — пояснил доктор Сан. «Считается, что такой эндогенный периодический рисунок создается неравновесной реакцией-диффузией в результате биохимического эффекта Тьюринга».
Когда кончики пальцев ощущают тактильные свойства объектов, к которым они прикасаются, жесткие гребни внутри них, по теории, действуют как механические микрорычаги, которые могут быстро передавать сигналы тактильной вибрации на рецепторы в дерме (т.е. толстый слой ткани под внешним слоем кожи). Эти гребни лишь слегка деформируются при контакте с поверхностями или предметами, что позволяет им сохранять почти постоянный контакт с ними. В результате чувствительность кончиков пальцев к давлению практически не подвержена деформационным искажениям.