Исследователи Университета Карнеги–Меллона разработали магнитомягкую электронную кожу с одним чувствительным элементом, определяющим силу и контакт.

Мягкие роботы используются для сбора информации, перемещения предметов на складах, лечения пациентов в больницах. По мере увеличения спроса на мягких роботов ученые разрабатывают способы развития их сенсорных способностей – ​чувствительность электронной кожи должна быть подобна чувствительности естественных мягких тканей человека. Основные вызовы – ​сложность обеспечения чувствительности каждого участка электронной кожи на значительной площади, проблемы надежности работы мягкого устройства.

Исследователи Университета Карнеги–Меллона разработали магнитомягкую электронную кожу с одним чувствительным элементом. Эластичный магнит обеспечивает осязание и совместим с натуральной кожей и другими материалами. В основе – ​силиконовая резина, наполненная миллионами микрочастиц, создающих магнитное поле. При вступлении в контакт с другими объектами микрочастицы приходят в движение, изменяя магнитное поле внутри резины.

Изменения магнитного поля обнаруживаются встроенным магнитометром, помогающим определить местоположение и интенсивность контакта с материалом. При этом изменения магнитного поля фиксируются даже при отсутствии физической связи с поверхностью материала.

Данное преимущество превращает магнитную кожу в востребованную технологию с точки зрения развития медицины. Мягкие робототехнические устройства перспективны для проведения эндоскопии желудочно-кишечного тракта. Громоздкость и жесткость электроники и датчиков препятствуют их интеграции с эндоскопическими устройствами, лишая последние необходимой для проведения медицинских процедур подвижности. Разработка Университета Карнеги–Меллона способна обеспечить прорыв в сфере роботизированной эндоскопии, придав медицинскому оборудованию сенсорные функции без применения громоздкой электроники с большим количеством проводов.

В настоящее время специалисты Университета Карнеги–Меллона сконцентрировались на обнаружении силы воздействия на объекты цилиндрической формы, присущей катетерным эндоскопам.

Магнитная кожа способна обнаруживать и локализовывать воздействие других объектов на непрерывной поверхности площадью 1,5 см². В дальнейшем планируется расширить площадь обнаружения объектов. Способы решения данной задачи – ​развитие возможности магнитных микрочастиц создавать более сильное магнитное поле или поиск оптимальных вариантов размещения магнитометра в пределах электронной кожи.

Для обеспечения сенсорного восприятия путем измерения магнитного поля электронной коже не требуется наличие электрического интерфейса. Разработка Университета Карнеги–Меллона перспективна для интеграции с различными системами.

Liu Miranda. An Elegant Solution to the Soft Sensing Challenge. Techxplore, July 29, 2019: https://techxplore.com/news/2019-07-elegant-solution-soft.html