Bio-inspirierte elektronische Hautsensoren für präzise Bewegungserfassung

Forscher haben "elektronische Haut"-Sensoren entwickelt, die in der Lage sind, den dynamischen Prozess menschlicher Bewegung nachzuahmen. Sie versuchten, den biologischen und dynamischen Prozess der Haut der menschlichen Hand nachzubilden, um Objekte ähnlich verhalten zu lassen.

Der Dual-Mode-Sensor misst sowohl die Größe und Last der Bewegung – wie die Anstrengung beim Schwingen eines Tennisschlägers – als auch Rate, Dauer und Richtung. Der Trick bestand darin, diese Messung zu entkoppeln und zu verstehen, wie die separaten Parameter sich gegenseitig beeinflussen; beispielsweise erfordert das sanfte Prellen eines Tennisballs auf einem Schläger andere Eingaben als das Aufschlagen eines Balls an einen Gegner. Dieselbe Variablen spielen eine Rolle, wenn eine Person mit einer Prothesenarm zwischen dem Umgang mit einem Ei oder dem Tragen einer Wassermelone unterscheiden muss.

Die Sensoren können angewendet werden, um Menschen dabei zu helfen, die Größe für Drücken, Biegen und andere Bewegungen zu erfassen. Sie können auch an weicher Robotik eingesetzt werden, um empfindliche Objekte zu manipulieren, wie das Fangen eines Fisches, oder sogar in Katastrophensituationen, wenn sie in unregelmäßige Räume kriechen und Trümmer bewegen müssen.

Die Daten basieren auf der Synergie, die zwischen piezoelektrischen und piezoresistiven Signalen entsteht. Piezoelektrische Signale messen äußere Kraft, wie Druck, um elektrische Ladung zu erzeugen, während piezoresistive Signale den Strom mildern. Die Dual-Mode-Sensoren sind sandwichelt, mit zwei internen Schichten pyramidenförmiger Mikrostrukturen, die einander zugewandt sind. Die Mikrostrukturen messen Größe und Dauer aus der piezoresistiven Schicht und die dynamische Belastungsrate und Richtung aus der piezoelektrischen Schicht. Dieser synergetische Effekt ermöglicht eine hohe Empfindlichkeit über einen breiten Druck- und Frequenzbereich, was bedeutet, dass Forscher die Kraft und Flexibilität präzise messen können, die nötig sind, um bestimmte Bewegungen nachzuahmen.