Nyligen utvecklad elektronisk hud främjar humanoid robotik

Framsteg inom konstgjord eller elektronisk hud är grundläggande för skapandet av humanoida robotar, eftersom huden ger oss människor känseln, förmågan att upptäcka temperatur och smärta, och många andra viktiga aspekter av livet. Den mänskliga kroppen har taktila receptorer belagda i huden, vilket är vad som tillåter oss att 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 upptäcka rörelse eller temperatur separat. Det har ännu inte funnits någon som kan göra båda samtidigt som mänsklig hud, tills nu.

Multimodal jon-elektronisk hud

En forskargrupp vid Stanford University har utvecklat en ny, multimodal jon-elektronisk hud som kan göra just det. Genom att tillämpa speciella egenskaper hos jonledare, kunde gruppen skapa enkla strukturer som tillåter den elektroniska huden att mäta temperatur och mekanisk stimulering samtidigt.

Gruppen inkluderade POSTECH-professorn Unyong Jeong och Dr. Insang You från avdelningen för materialvetenskap och teknik, samt professor Zhenan Bao. Resultaten publicerades i Science den 20 november.

Före denna utveckling led den elektroniska huden ofta av stora fel när det gällde att mäta temperatur när mekaniska stimuli applicerades på den. Gruppen såg på den mänskliga huden som inspiration och skapade sensorn med elektrolyter, eftersom de är ansvariga för att ge den mänskliga huden förmågan att sträcka sig fritt utan att brytas. Jonledarmaterialet som innehåller elektrolyter kan ha olika mätbara egenskaper beroende på dess mätfrekvens.

Genom allt detta utvecklade gruppen en multifunktionell konstgjord receptor som kan mäta taktil känsel och temperatur samtidigt. Gruppen kunde härleda laddningsrelaxationstiden och den normaliserade kapacitansen, som är två variabler som kan mäta temperatur och rörelse utan att svara på den andra.

Den nyligen utvecklade konstgjorda receptorn har många potentiella kommersiella användningsområden, eftersom den kan exakt mäta temperaturen på det applicerade föremålet och sträckningsprofilen vid yttre stimuli.

Humanoid hud

När det gäller den multimodala jon-elektroniska huden, kan den appliceras på bärbara temperatursensorer eller robot hud för att göra dem mer humanoida.

Dr. Insang You är första författare till forskningen.

“När en pekfingertippar på en elektronisk hud, upptäcker den elektroniska huden kontakten som en temperaturförändring, och när en finger trycker på huden, sträcker sig den bakre delen av kontaktytan och känner igen det som rörelse”, sa You. “Jag misstänker att detta mekanism är en av de sätt som den verkliga mänskliga huden känner igen olika stimuli som temperatur och rörelse.”

Jeong var den korresponderande författaren.

“Denna studie är det första steget i att öppna dörren för multimodal elektronisk hudforskning med elektrolyter”, sa Jeong. “Det ultimata målet med denna forskning är att skapa konstgjord jon-elektronisk hud som simulerar mänskliga taktila receptorer och neurotransmittorer, vilket kommer att hjälpa till att återställa känseln hos patienter som har förlorat sin taktila känsel på grund av sjukdom eller olyckor.”