Гибкий электронный сенсор из тысяч взаимосвязанных ворсинок может почувствовать хрупкие шаги солнышка и различить силы сдвига и скручивания, как это чувствует человеческая кожа. Также его можно надеть на запястье и использовать как кардиомонитор.
На создание сенсора, описанного в журнале Nature Materials, разработчиков вдохновили структуры замыкания крыльев у жуков, говорит Кап-Янг Су, инженер из Национального Университета Сеула. Когда некоторые из видов жуков отдыхают, ряд ворсинок на крыльях сцепляется с рядом ворсинок на теле благодаря типу статического притяжения, который известен под названием сила Ван дер Ваальса.
На датчиках Су «ворсинки» – это листы полимерных волокон, имеющие 100 нанометров в диаметре и 1 микрометр в длину, покрытые металлом для создания электропроводности. Когда листы прикладываются друг к другу ворсинками внутрь, последние сцепляются между собой наподобие ворсинок жуков. После этого прибор можно подключить к электросети и укрыть слоем мягкого защитного полимера.
Когда лист датчика сжать, скрутить или сдвинуть, податливые, покрытые металлом ворсинки изменяют свое положение, изменяя и электрическое сопротивление датчика. Конструкция чувствительна к давлению от пяти паскалей – это меньше, чем самое легкое из прикосновений. Анализируя, как сопротивление изменяется в ответ на механическое воздействие и как оно восстанавливается после исчезновения этого влияния, Су с коллегами может различить три типа напряжений: давление, направленное на сенсор вертикально; смещение, т. е. смещение с трением вдоль поверхности; и скручивание. «Мы можем выделить эти три сигнала», – говорит Су.
Человеческая кожа может различать эти типы воздействия, однако большинство искусственных сенсоров не способны на такое. «Почувствовать сдвиг и скручивание непросто», – говорит Чженан Бао, ученый-материаловед из Стэнфордского университета в Пало Альто, Калифорния, который разрабатывает иной тип гибких датчиков смещений. Другие датчики улавливают лишь общую силу, приложенную к ним, они не могут ничего рассказать о ее направление, говорит Су.