Инженеры-исследователи из Университета Миннесоты разработали инновационный метод трехмерной печати эластичных сенсорных устройств, с помощью которых роботы могут чувствовать окружающий мир на ощупь. Открытие можно также использовать для печати на настоящей коже человека.
Исследование опубликовано в Advanced Materials.
«Эта эластичная электронная ткань, которую мы разработали, имеет множество практических применений», - сказал Майкл Макалпайн, доцент кафедры машиностроения в Университете Миннесоты и ведущий исследователь исследования.
«Размещение этого типа« бионической кожи »на медицинских роботах, используемых в хирургических операциях, позволит хирургам чувствовать прикосновение, облегчая им выполнение процедур с ограниченным проникновением. До сих пор в этих манипуляциях использовались камеры для визуального контроля во время манипуляций ».
В 2013 году McAlpine получила международное признание за использование электроники и новых наноматериалов, напечатанных на 3D-принтере, для создания «бионического уха», и теперь заявляет, что новое открытие может быть применено для печати электроники на реальной коже человека. Эта инновационная технология подходит для мониторинга здоровья или для использования в вооруженных силах для обнаружения опасных материалов или взрывчатых веществ.
Видео, демонстрирующее трехмерную печать эластичных электронных сенсорных устройств, которые дадут роботам возможность чувствовать свое окружение, что является значительным достижением в области печати электроники на реальной коже человека. Предоставлено: Шуан-Чжуан Го и Майкл Макальпайн, Университет Миннесоты.
«Хотя мы еще не применили этот метод к коже человека, мы можем печатать на неровной поверхности руки модели, используя нашу технику», - говорит Макалпин. «Мы также подключили принтер к коже и были удивлены, что устройство настолько чувствительно, что может определять частоту сердечных сокращений в режиме реального времени».
Макальпайн и его команда изобрели уникальную сенсорную ткань с уникальным 3D-принтером, который они разработали в исследовательской лаборатории. Многофункциональный принтер имеет четыре сопла для печати различными специализированными «чернилами», из которых состоят различные слои изобретения - базовый слой состоит из силикона, верхние и нижние электроды изготовлены из токопроводящих чернил. Спиральные датчики давления покрыты защитным слоем, предназначенным для удержания верхнего покровного слоя по изобретению, пока все устройство не будет завершено. Затем, на завершающей стадии производственного процесса, этот защитный слой удаляется.
Удивительно, но «чернила», используемые в различных компонентах датчиков упругости, можно использовать при комнатной температуре. В обычных 3D-принтерах используются жидкие полимеры / пластмассы /, которые имеют очень высокую температуру во время процесса и после охлаждения становятся очень твердыми, что делает их непригодными для использования на коже человека. Растягиваемые 3D-датчики могут растягиваться в три раза по сравнению с их собственным размером.
«Это совершенно новый подход к электронике для 3D-печати», - говорит Макалпайн. «У нас есть многофункциональный принтер, который может печатать несколько слоев для создания этих гибких сенсорных устройств. Открытие может вести нас во многих направлениях, от мониторинга здоровья до производства энергии и чувствительности к химическим веществам ».
Исследователи говорят, что лучшая часть разработки - это то, что производство встроено в сам процесс.
«В большинстве изобретений что-то находят, и затем это нужно масштабировать. «Иногда этот этап разработки может занять годы, прежде чем изобретение будет готово к использованию», - говорит Макалпин. «На этот раз продукция встроена в процесс, поэтому она сразу готова к использованию».
Разработчики говорят, что следующим шагом будет переход на полупроводниковые чернила и печать непосредственно на реальных телах. «Возможности на будущее безграничны», - сказал Макалпин.
Помимо Макалпайна, в исследовательскую группу также входят профессора из Миннесотского университета Шуанг-Чжуан Го, Каян Киу, Фанбен Мэн и Сунь Хавен Парк.
Исследование финансировалось Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии и Национальным институтом здравоохранения США (номер1DP2EB020537). Для характеристики полимеров, используемых в разработках, исследователи использовали оборудование Миннесотского университета