Волокно новой структуры для нервной системы робота

Волокно новой структуры для нервной системы робота

Новый технологичный подход к производству датчиков обещает волокно, разработанное на базе EPFL. Изготовленные из эластомера, оснащённые электродами и композитами-полимерами, новые волокна способны обнаруживать малейшее давление и деформацию. Материал способен выдержать деформацию пятикратной величины от первоначальной формы. Такие свойства делают разработку идеальной для изготовления «умных вещей», протезов и даже искусственной нервной системы роботов.

Как осуществлялся переход к открытию?

Следует отдать должное специалистам Федеральной политехнической школы Лозанны, что днями и ночами трудились в Лаборатории фотонных материалов и волоконных устройств (FIMAP).

Учёные придумали быстрый и простой способ для встраивания различных типов микроструктур внутри сверхэластичного материала. Так, добавив электроды в стратегических важных местах, инженеры превратили прототип в ультрачувствительные датчики.

Дальнейшими испытаниями подтвердилось: разработанная методика готова к применению в производстве массового метража волокна за относительно короткий промежуток времени.

Результаты эксперимента вместе с нюансами испытаний опубликованы в журнале «Advanced Materials».

Хорошо нагреть, чтобы больше растянуть

Изготовить более совершенный материал швейцарским учёным помог процесс теплового волочения. Эта технология является стандартным процессом производства оптического волокна.

Специалисты начали от создания макроскопической заготовки с различными компонентами. Расположили эти компоненты внутри трёхмерного шаблона.

Затем созданную заготовку нагрели и растянули, подобно расплавленному пластику. Таким способом удалось создать волокна диаметром сотых долей микрона.

Процесс растяжки структуры компонентов по длине сопровождался также поперечной растяжкой. Это означает, что относительные позиции компонентов остались прежними.

Конечным результатом стал набор изделий чрезвычайно сложной микроскопической архитектуры. Вместе с тем материал получил уникальные свойства.

До этого момента термическая вытяжка практически использовалась только для изготовления жёстких волоконных материалов.

Но швейцарцы успешно использовали эту технологию для изготовления эластичных продуктов. С помощью инновационных критериев выбора материалов, специалисты EPFL сумели идентифицировать некоторые термопластичные эластомеры, обладающие высокой вязкостью при нагревании.

После цикла волочения волокна легко растягиваются и деформируются. Однако в любом случае материал возвращается к первоначальной форме. Внутри структуры допустимо располагать жёсткие материалы:

  • нанокомпозиты,
  • полимеры,
  • металлы,
  • термопласты,
  • жидкие металлы.

Размещение возможно при условии легкой деформации таких компонентов. Учёные поясняют:

Например, мы можем добавить три нити электродов в верхней части волокон и один электрод снизу. Электроды коммутируются в зависимости от силы давления. Этим действием электроды активируются на передачу сигнала, который поможет точно определить, какому типу напряжения подвергается волокно — сжатию или напряжению сдвига.

Искусственные нервы для роботов

В рамках эксперимента специалисты EPFL интегрировали полученный материал в структуру пальцев руки робота, чтобы использовать как искусственные нервы.

Всякий раз, когда пальцы робота касаются чего-либо, электроды передают информацию о тактильном взаимодействии робота с объектом.

Исследовательская группа также испытала волокна внедрением в структуру крупно-ячеистой сетки, с целью обнаружения эффектов сжатия и растяжения.

Оказалось, технология может успешно использоваться для разработки сенсорной клавиатуры, встроенной непосредственно в одежду.

В целом же, авторы разработки видят массу других потенциальных применений. Тем более, что процесс тепловой вытяжки легко настроить для крупномасштабного производства.

Это реальный плюс для производственного сектора. Некоторые текстильные компании уже проявили интерес к новой технологии.


На основе материалов: EPFL