Графеновый сенсор приблизит роботов к человеческому осязанию

Вдохновляясь структурой кожи, авторы создали мягкий композитный материал из графеновых листов, деформируемых микрокапель металла и никелевых частиц, заключённых в силикон. Материалу придали форму крошечных пирамид размером до 200 микрометров. Благодаря концентрации напряжения на вершинах пирамид сенсор улавливает чрезвычайно малые усилия, сохраняя широкий диапазон измерений. Он достаточно чувствителен, чтобы обнаружить песчинку.

Устройство также различает касательные и нормальные силы, что позволяет регистрировать начало скольжения. Сигналы с четырёх электродов под каждой пирамидой математически восстанавливают полный трёхмерный вектор силы в реальном времени. В демонстрациях роботы с такими сенсорами могли брать хрупкие предметы, например тонкие бумажные трубки, не раздавливая их. Микроскопические массивы сенсоров способны определять массу, геометрию и плотность крошечных металлических сфер.

Технология может найти применение не только в робототехнике, но и в протезировании — для создания более естественных и управляемых искусственных конечностей. В перспективе сенсоры можно уменьшить до 50 микрометров, приблизившись к плотности механорецепторов в человеческой коже, а также добавить измерение температуры и влажности. По словам исследователей, для достижения такого уровня осязания не требуются громоздкие механические конструкции или сложная оптика — достаточно сочетания умных материалов и структур, вдохновлённых кожей.