Nieuw ontwikkelde elektronische huid brengt vooruitgang in humanoid robotica

Vooruitgang in kunstmatige of elektronische huid is van fundamenteel belang voor de creatie van humanoid robots, omdat de huid ons mensen het gevoel van aanraking geeft, de mogelijkheid om temperatuur en pijn te detecteren en vele andere belangrijke aspecten van het leven. Het menselijk lichaam heeft tactiele receptoren in de huid, wat ons in staat stelt om temperatuur of mechanische stimuli om te zetten in elektrische signalen voor de hersenen.

Het is extreem moeilijk om deze mogelijkheden in elektronische huid na te bootsen, en de huidige versies kunnen alleen beweging of temperatuur afzonderlijk detecteren. Er is nog geen enkele die beide tegelijk kan doen, net als de menselijke huid, totdat nu.

Multimodale ion-elektronische huid

Een onderzoeksteam van de Stanford University heeft een nieuwe, multimodale ion-elektronische huid ontwikkeld die dit precies kan doen. Door speciale eigenschappen van de iongeleiders toe te passen, kon het team eenvoudige structuren creëren die de elektronische huid in staat stellen om temperatuur en mechanische stimulatie tegelijk te meten.

Het team bestond uit professor Unyong Jeong van POSTECH en Dr. Insang You van de afdeling Materials Science and Engineering, evenals professor Zhenan Bao. De resultaten werden gepubliceerd in Science op 20 november.

Vóór deze ontwikkeling leed de elektronische huid vaak aan grote fouten bij het meten van de temperatuur wanneer mechanische stimuli werden toegepast. Het team keek naar de menselijke huid als inspiratie en creëerde de sensor met elektrolyten, omdat deze verantwoordelijk zijn voor het geven van de menselijke huid de mogelijkheid om vrij te rekken zonder te breken. Het iongeleidingsmateriaal dat elektrolyten bevat, kan verschillende meetbare eigenschappen hebben, afhankelijk van de meetfrequentie.

Door al dit onderzoek ontwikkelde het team een multifunctionele kunstmatige receptor die in staat is om een tactiel gevoel en temperatuur tegelijk te meten. Het team kon de ontlaadingsrelaxatietijd en de genormaliseerde capaciteit afleiden, wat twee variabelen zijn die temperatuur en beweging kunnen meten zonder op elkaar te reageren.

De nieuw ontwikkelde kunstmatige receptor heeft veel potentieel voor commercieel gebruik, omdat deze nauwkeurig de temperatuur van het toegepaste object en het rekprofiel bij externe stimuli kan meten.

Humanoid huid

Wat betreft de multimodale ion-elektronische huid, kan deze worden toegepast op draagbare temperatuursensoren of robot-huiden om deze meer humanoid te maken.

Dr. Insang You is de eerste auteur van het onderzoek.

“Wanneer een wijsvinger een elektronische huid aanraakt, detecteert de elektronische huid het contact als een temperatuurverandering, en wanneer een vinger de huid duwt, rekken de achterste delen van het contactgebied en herkent het als beweging,” zei You. “Ik vermoed dat dit mechanisme een van de manieren is waarop de echte menselijke huid verschillende stimuli zoals temperatuur en beweging herkent.”

Jeong was de corresponderende auteur.

“Dit onderzoek is de eerste stap in het openen van de deur voor multimodale elektronische huidonderzoek met elektrolyten,” zei Jeong. “Het uiteindelijke doel van dit onderzoek is om kunstmatige ion-elektronische huid te creëren die menselijke tactiele receptoren en neurotransmitters simuleert, wat zal helpen om het gevoel van aanraking te herstellen bij patiënten die hun tactiele gevoeligheid zijn kwijtgeraakt door ziekte of ongevallen.”