Техника - молодёжи 2010-11, страница 22
XXI — век юно 12010 N 01ТМ Кожа для робота А зачем, собственно, роботу кожа? Её задача — защищать ткани внутри организма от внешней среды; а робот и так железный... Как говорится, правильно, но неверно. Одна из важнейших функций кожи — осязательная. Например, взяв в руки куриное яйцо, надо чувствовать силу сжатия, чтобы его не раздавить. Для этого роботу и нужна кожа — чтобы контролировать силу, с которой он удерживает и манипулирует с мелкими и хрупкими объектами. А ещё — чтобы распознавать предметы наощупь. Значит, в искусственной коже должны быть датчики давления, причём маленькие и в большом количестве. Раньше в таких разработках использовались органические материалы, благо они обладают свойством, необходимым для такого применения, — гибкостью. Но вот датчики из них получались плохие. Для них характерны слабые полупроводниковые свойства, поэтому электронные устройства на их основе требуют для функционирования слишком больших напряжений. А хорошие полупроводники, такие, как кремний, представляют собой твёрдое тело, негибкое и к тому же механически непрочное. Выход показала нанотехнология. Выяснилось, что материалы, твёрдые в макромасштабных образцах, могут быть весьма гибкими, если два из трёх их размеров начинаются с приставки «нано». По этому пути пошли учёные из Университета Калифорнии (Беркли, США), давшие своей разработке название E-skin. Это — первый гибкий материал, изготовленный из неорганических монокристаллических полупроводников, а также, вероятно, первая макромасштабная интеграция нанопроводного материала в составе электронной функциональной системы. Демонстрационный образец «кожи» представляет собой квадрат со стороной 7 см. Основу его составляет особая резина, у которой электрическое сопротивление меняется в зависимости от давления. Поскольку резина — материал эластичный, то зоны деформации от приложенного давления достаточно чётко локализованы, а величина зоны может дать информацию о силе давления. -------- Остаётся приборно зафиксировать место изменения сопротивления, для чего служит сетка из ианопроводных полупроводниковых «канатов», нанесённых на резину методом контактной печати. «Канаты» пересекаются под Оптическое изображение устройства электронной кожи с матричной схемой нанопроводов. Каждый тёмный квадрат представляет собой один пиксел. Фото: Али Джави и Кунихару Такеи, UC Berkeley прямым утлом и, таким образом, образуют матрицу, каждое пересечение которой является «пикселом». Ток через такой «пиксел» определяется сопротивлением участка резины в том месте, где он находится (естественно, на все «строки» и «столбцы» матрицы подаётся одинаковое напряжение). Совокупность пикселов даёт всю картину распределения давления на поверхности «кожи». Представляется, что эта технология близка к пригодности для практического использования в составе технических систем — тех же роботов, с которых мы начали заметку. А вот думать о протезировании для живых организмов рановато. Хотя как минимум одно качество уже достигнуто — гибкость. Этот 7-сантиметровый квадратик скручивали в подкову так, что между краями оставалось всего 5 мм, — и он продолжал функционировать. Но нужна ещё температурная чувствительность; это, вероятно, нетрудно обеспечить. Нужна также способность «отслеживать» лёгкие скользящие касания, как скользит по щеке падающий лист, — это, по мнению разработчиков, значительно труднее. И, главное, нужно соединить искусственную кожу, эту датчиковую систему, с «процессором» живого организма — мозгом. А это уже задача совсем другого уровня. Нанохимические бабочки В «ТМ» №9 за этот год мы рассказывали об обыкновенной моли, которая «научила» американских исследователей, как улучшить характеристики солнечных батарей. Тогда речь шла о копировании строения глаз моли; но у них, у насекомых, ещё много разных полезных хитростей. Моль, как и мотыльки, и бабочки, относится к отряду чешуекрылых, названных так потому, что их крылья покрыты слоями особых ороговевших пластинок. Под микроскопом эти чешуйки выглядят подобно черепице на крыше дома. Только эта черепица имеет поперечный размер порядка толщины человеческого волоса — десятые и сотые доли миллиметра — и ещё на порядок меньшую толщину. Цвет чешуек определяется химическим составом и шеро- 20 |
