Imitation menschlicher Hände zur Herstellung besserer Sensoren

Forscher haben „elektronische Haut“-Sensoren entwickelt, die in der Lage sind, den dynamischen Prozess der menschlichen Bewegung nachzuahmen. Sie versuchten, den biologischen und dynamischen Prozess der Haut der menschlichen Hand nachzuahmen, um Objekten ein ähnliches Verhalten zu ermöglichen.

Der Dual-Mode-Sensor misst sowohl die Größe und Belastung der Bewegung – wie die Anstrengung beim Schwingen eines Tennisschlägers – als auch die Geschwindigkeit, Dauer und Richtung. Der Trick bestand darin, diese Messung zu entkoppeln und zu verstehen, wie sich die einzelnen Parameter gegenseitig beeinflussen; Beispielsweise erfordert das sanfte Aufprallen eines Tennisballs auf einem Schläger andere Eingaben als das Aufschlagen eines Balls auf einen Gegner. Dieselben Variablen kommen ins Spiel, wenn eine Person mit einer Armprothese unterscheiden muss, ob sie ein Ei anfassen oder eine Wassermelone tragen muss.

Die Sensoren können eingesetzt werden, um Menschen dabei zu helfen, die Stärke von Drücken, Beugen und anderen Bewegungen zu erfassen. Sie können auch für weiche Roboter verwendet werden, um empfindliche Objekte zu manipulieren, z. B. einen Fisch zu fangen, oder sogar bei einer Katastrophe, wenn sie möglicherweise in unregelmäßige Räume kriechen und Trümmer bewegen müssen.

Die Daten werden durch Synergien informiert, die zwischen den piezoelektrischen und piezoresistiven Signalen erzeugt werden. Piezoelektrische Signale messen äußere Kräfte wie Druck, um elektrische Ladung zu erzeugen, während piezoresistive Signale den Strom abschwächen. Die Dual-Mode-Sensoren sind sandwichartig zusammengefügt, wobei sich zwei innere Schichten pyramidenförmiger Mikrostrukturen gegenüberliegen. Die Mikrostrukturen messen Größen- und Dauermessungen von der piezoresistiven Schicht und die dynamische Belastungsrate und -richtung von der piezoelektrischen Schicht. Dieser synergistische Effekt ermöglicht eine hohe Empfindlichkeit über einen breiten Druck- und Frequenzbereich, was bedeutet, dass Forscher die Kraft und Flexibilität, die erforderlich sind, um bestimmte Bewegungen nachzuahmen, genau messen können.