Inteligentna skóra" opracowana przez Annę Marię Coclite jest bardzo podobna do ludzkiej skóry. Odczuwa ona jednocześnie ciśnienie, wilgotność i temperaturę oraz wytwarza sygnały elektroniczne. Dzięki temu możliwe jest stworzenie bardziej czułych robotów lub bardziej inteligentnych protez.
Skóra jest największym organem zmysłów, a jednocześnie płaszczem ochronnym człowieka. Odczuwa ona jednocześnie kilka bodźców zmysłowych i przekazuje do mózgu informacje o wilgotności, temperaturze i ciśnieniu. Dla Anny Marii Coclite materiał o takich właściwościach multisensorycznych jest "swego rodzaju 'świętym Graalem' w technologii inteligentnych materiałów sztucznych". W szczególności robotyka i inteligentne protezy skorzystałyby z lepiej zintegrowanego, bardziej precyzyjnego systemu czujników, podobnego do ludzkiego naskórka". Laureatowi grantu ERC i badaczowi z Instytutu Fizyki Ciała Stałego w TU Graz udało się opracować za pomocą nowatorskiego procesu hybrydowy materiał "inteligentna skóra" typu "trzy w jednym" dla sztucznej, elektronicznej skóry następnej generacji. Wyniki tych pionierskich badań zostały opublikowane w czasopiśmie Advanced Materials Technologies.
Tak delikatny jak opuszek palca
Przez prawie sześć lat zespół pracował nad stworzeniem inteligentnej skóry w ramach projektu Smart Core realizowanego przez Coclite w ramach ERC. Dzięki 2000 indywidualnych czujników na milimetr kwadratowy, hybrydowy materiał jest jeszcze bardziej czuły niż opuszek ludzkiego palca. Każdy z tych czujników składa się z unikalnej kombinacji materiałów: inteligentnego polimeru w postaci hydrożelu wewnątrz oraz powłoki z piezoelektrycznego tlenku cynku. Coclite wyjaśnia: "Hydrożel może wchłaniać wodę, a zatem rozszerza się pod wpływem zmian wilgotności i temperatury. W ten sposób wywiera nacisk na piezoelektryczny tlenek cynku, który reaguje na to i wszystkie inne naprężenia mechaniczne sygnałem elektrycznym." W rezultacie powstał cieniutki materiał, który reaguje jednocześnie na siłę, wilgoć i temperaturę z niezwykle wysoką rozdzielczością przestrzenną i emituje odpowiednie sygnały elektroniczne. "Pierwsze próbki sztucznej skóry mają grubość sześciu mikrometrów, czyli 0,006 milimetra. Ale mogą być jeszcze cieńsze" - mówi Anna Maria Coclite. Dla porównania, ludzki naskórek ma grubość od 0,03 do 2 milimetrów. Ludzka skóra postrzega rzeczy o wielkości około jednego milimetra kwadratowego. Inteligentna skóra ma rozdzielczość tysiąc razy mniejszą i może rejestrować obiekty, które są zbyt małe dla ludzkiej skóry (np. mikroorganizmy).
Obróbka materiałów w nanoskali
Poszczególne warstwy czujników są bardzo cienkie, a jednocześnie wyposażone w elementy czujników pokrywające całą ich powierzchnię. Było to możliwe w unikalnym na skalę światową procesie, w którym badacze po raz pierwszy połączyli trzy znane metody z dziedziny chemii fizycznej: chemiczne osadzanie z fazy gazowej dla materiału hydrożelowego, osadzanie warstw atomowych dla tlenku cynku oraz litografię nanodruku dla szablonu polimerowego. Za litograficzne przygotowanie szablonu polimerowego odpowiedzialna była grupa badawcza "Hybrydowa elektronika i strukturyzacja", kierowana przez Barbarę Stadlober. Grupa ta jest częścią Instytutu Materiałów Joanneum Research z siedzibą w Weiz.
Hybrydowy materiał przypominający skórę otwiera obecnie wiele obszarów zastosowań. Na przykład w służbie zdrowia materiał z czujnikami mógłby samodzielnie wykrywać mikroorganizmy i odpowiednio o nich informować. Możliwe są również protezy, które informują użytkownika o temperaturze lub wilgotności powietrza, lub roboty, które mogą bardziej wrażliwie postrzegać swoje otoczenie. Na drodze do zastosowania inteligentnej skóry stoi zdecydowana przewaga: nanorody sensoryczne - "inteligentny rdzeń" materiału - są wytwarzane w procesie produkcji opartym na wykorzystaniu pary wodnej. Proces ten jest już dobrze znany, na przykład w zakładach produkujących układy scalone. Produkcja inteligentnej skóry może więc być łatwo skalowana i wdrażana na istniejących liniach produkcyjnych.
Obecnie właściwości inteligentnej skóry są jeszcze bardziej optymalizowane. Anna Maria Coclite i jej zespół - w szczególności doktorant Taher Abu Ali - chcą rozszerzyć zakres temperatur, w jakich reaguje materiał, oraz poprawić elastyczność sztucznej skóry.
Graz University of Technology
businews.plitnews24.pl
itlife.pl
ofio.pl
wikipedia.org
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz
Uwaga: tylko uczestnik tego bloga może przesyłać komentarze.