Исследователи из Гарварда разработали датчик с автономным питанием для мягких роботов и умной одежды

Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) разработали мягкий, эластичный термометр с автономным питанием, который можно интегрировать в интеллектуальных роботов и растягиваемую электронику. 

Исследование было опубликовано в Труды Национальной академии наук.

Жиган Суо — профессор механики и материалов в SEAS, профессор механики и материалов, профессор Аллена Э. и Мэрилин М. Пакетт, а также старший автор статьи. 

«Мы разработали мягкие датчики температуры с высокой чувствительностью и малым временем отклика, открывая новые возможности для создания новых человеко-машинных интерфейсов и мягких роботов в здравоохранении, технике и развлечениях», — сказал Суо.

Структура термометра

Термометр состоит из трех частей: электролита, электрода и разделяющего их диэлектрического материала. На границе раздела электролит/диэлектрик накапливаются ионы, а на границе раздела диэлектрик/электрод накапливаются электроды. 

Дисбаланс заряда между ними приводит к образованию ионного облака в электролите. Затем это ионное облако меняет толщину и генерирует напряжение при изменении температуры. Хотя напряжение чувствительно к температуре, оно нечувствительно к растяжению.

Настройка датчика

Еченг Ван — научный сотрудник SEAS и первый автор статьи.

«Поскольку конструкция очень проста, существует множество различных способов настройки датчика в зависимости от области применения», — сказал Ван. «Вы можете выбирать разные материалы, располагать их по-разному и оптимизировать для разных задач».

Исследователи смогли расположить электролит, диэлектрик и электрод в различных конфигурациях, что привело к четырем конструкциям датчика температуры. Они протестировали его, сначала интегрировав датчик в мягкий захват, а затем измерив температуру горячего яйца вкрутую. Датчики были более чувствительными, чем традиционные термоэлектрические термометры, и могли реагировать на изменения температуры в течение 10 миллисекунд.

«Мы продемонстрировали, что эти датчики можно сделать небольшими, стабильными и даже прозрачными», — сказал Ван.

Термометр может измерять температуру до 200 градусов по Цельсию или до -100 градусов по Цельсию в зависимости от того, какие материалы используются. 

«Эта платформа с широкими возможностями настройки может стать началом новых разработок, позволяющих обеспечить и улучшить доступ в Интернет для всех и каждого», — сказал Суо.