Человеческая кожа является достаточно сложным образованием, выполняющим не только функцию защиты организма от неблагоприятных факторов окружающей среды. Огромное количество нервных окончаний, заканчивающихся возле поверхности кожи, позволяют нам с вами чувствовать тепло, влажность, испытывать боль, зуд и множество других ощущений. Такая возможность подобно человеческой коже ощущать внешнюю среду, являлось бы очень полезной функцией для роботов и для создания протезов нового поколения, поэтому достаточно многочисленные группы исследователей постоянно занимаются разработкой различных вариантов искусственной кожи, синтетического эластичного покрытия, снабженного массой различных датчиков.
Одним из последних достижений в данной области является “кожа” разработанная южнокорейскими исследователями из Центра изучения наночастиц и нанотехнологий (Center for Nanoparticle Research) Института фундаментальных наук (Institute for Basic Science, IBS), Сеул, и Национального университета Сеула (Seoul National University). Это покрытие способно чувствовать давление, тепло и влажность, а создатели уже успешно проверили работу этого покрытия в различных ситуациях, включая печать на клавиатуре, удержание холодных и горячих предметов, рукопожатие, и прикосновение к сухой и влажной ткани, имеющих различную текстуру поверхности.
Основой чувствительной искусственной кожи является гибкий и эластичный силиконовый материал полидиметилсилоксан (polydimethylsiloxane, PDMS). В объем этого материала заключены гибкие спирали из кремниевой наноленты, которые за счет пьезоэлектрического эффекта вырабатывают электрический ток, когда они растягиваются или деформируются другим образом, обеспечивая нечто вроде осязательной электрической обратной связи. Кроме этого, кремний достаточно сильно меняет свои электрические характеристики в ответ на изменение температуры, что позволяет при помощи тех же кремниевых нанолент достаточно точно определять температуру объекта прикосновения.
Кроме кремниевых нанолент в искусственную кожу включены конденсаторы, которые выступают в роли датчиков влажности. Когда полимер, находящийся вокруг и между обкладок этих конденсаторов, поглощает воду, это приводит к изменению электрической емкости конденсатора, что измеряется и используется для определения уровня влажности окружающей среды.
В принципе, подобную искусственную кожу можно начинать использовать для покрытия роботов и манипуляторов робототехнических систем уже прямо сейчас, ведь необходимые для этого технологии измерения электрических сигналов и методы их оцифровки известны и используются уже достаточно давно. Но для использования такой кожи в качестве покрытия автоматизированных протезов, которые управляются “силой мысли” пройдет еще какое-то время, требующееся на разработку реализации технологии обратной связи, которая позволит передавать сигналы с датчиков кожи напрямую в мозг человека.