Nyutvecklad Electronic Skin Advances Humanoid Robotics

Framsteg inom konstgjord eller elektronisk hud är grundläggande för skapandet av humanoida robotar, eftersom huden ger oss människor känselkänslan, förmågan att upptäcka temperatur och smärta och många andra viktiga aspekter av livet. Människokroppen har taktila receptorer i huden, vilket är det som gör att vi kan omvandla temperatur eller mekaniska stimuli till elektriska signaler för hjärnan.

Det är extremt svårt att replikera dessa förmågor i elektronisk hud, och dagens versioner kan bara detektera rörelse eller temperatur separat. Det har ännu inte funnits någon som kan göra båda samtidigt som mänsklig hud, tills nu.

Multimodal jonelektronisk hud

Ett forskarlag vid Stanford University har utvecklat en ny, multimodal jonelektronisk hud som kan göra just det. Genom att tillämpa speciella egenskaper hos jonledarna kunde teamet skapa enkla strukturer som gör att den elektroniska huden kan mäta temperatur och mekanisk stimulering samtidigt.

I teamet ingick POSTECH-professorn Unyong Jeong och Dr. Insang You från institutionen för materialvetenskap och teknik, samt professor Zhenan Bao. Fynden publicerades i VetenskapPå november 20.

Före denna utveckling led elektronisk hud ofta av stora fel i temperaturmätning när mekaniska stimuli applicerades på den. Teamet tittade på den mänskliga huden som inspiration och skapade sensorn med elektrolyter, eftersom de är ansvariga för att ge mänsklig hud förmågan att sträcka sig fritt utan att gå sönder. Jonledarmaterialet som innehåller elektrolyter kan ha olika mätbara egenskaper beroende på dess mätfrekvens.

Genom allt detta utvecklade teamet en multifunktionell artificiell receptor som kan mäta en taktil känsla och temperatur samtidigt. Teamet kunde härleda laddningsavslappningstiden och den normaliserade kapacitansen, som är två variabler som kan mäta temperatur och rörelser utan att svara på den andra.

Den nyutvecklade artificiella receptorn har många potentiella kommersiella användningsområden, eftersom den exakt kan mäta temperaturen på det applicerade föremålet och töjningsprofilen vid yttre stimuli.

Humanoid hud

När det gäller den multimodala jonelektroniska huden kan den appliceras på bärbara temperatursensorer eller robotskinn för att göra dem mer humanoida.

Dr. Insang You är första författare till forskningen.

"När ett pekfinger vidrör en elektronisk hud, upptäcker den elektroniska huden kontakt som en temperaturförändring, och när ett finger trycker på huden sträcker sig den bakre delen av kontaktområdet och känner igen det som rörelse," sa du. "Jag misstänker att den här mekanismen är ett av sätten som den faktiska mänskliga huden känner igen olika stimuli som temperatur och rörelse."

Jeong var motsvarande författare.

"Denna studie är det första steget i att öppna dörren för multimodal elektronisk hudforskning med hjälp av elektrolyter," sa Jeong. "Det slutliga målet med denna forskning är att skapa artificiell jonelektronisk hud som simulerar mänskliga taktila receptorer och neurotransmittorer, vilket kommer att hjälpa till att återställa känseln hos patienter som har förlorat sin taktila känsla på grund av sjukdom eller olyckor."