(Phys.org)—Onderzoekers hebben een slimme huid gefabriceerd die zichzelf aandrijft door zijn wrijvingscontact met de objecten die hij aanraakt. Wanneer een honingbij over de slimme huid kruipt, de huid voelt niet alleen het insect, het gebruikt ook de spontane tribo-elektrische lading die zich opbouwt tussen de honingbij en de slimme huid om zijn waarnemingsvermogen te versterken, waardoor batterijen niet meer nodig zijn. De slimme huid kan toepassingen hebben voor robots, kunstmatige intelligentie systemen, en bionische ledematen voor geamputeerden.

De onderzoekers, geleid door Haixia Zhang aan de Universiteit van Peking in Peking, hebben een artikel gepubliceerd over de nieuwe slimme huid in een recent nummer van ACS Nano .

"Voor conventionele elektronische skins of slimme skins, ze hebben allemaal een stroomvoorziening nodig, "Zhang vertelde Phys.org . "Dit is een serieus probleem. Het is onhandig voor gebruikers om een ​​dunne, flexibele en lichtgewicht slimme huid samen met een harde en zware batterij die maar uren kan werken. De zelfaangedreven slimme huid lost dit probleem fundamenteel op."

Zoals de wetenschappers uitleggen, tribo-elektrische ladingen treden overal op waar twee objecten elkaar raken, hoewel deze kosten zo klein zijn dat ze vaak over het hoofd worden gezien.

"Stel je een scenario voor waarin je naar een tafel loopt om een ​​kopje koffie te halen, "Zei Zhang. "Tegenovergestelde ladingen zullen worden gegenereerd op het oppervlak van je schoenen en de grond. Als je dan de beker oppakt om te drinken, de tegenovergestelde ladingen worden gegenereerd op de palm van je hand en het handvat van de beker. Verder, als je de koffie doorslikt, de ladingen zullen zelfs worden gegenereerd tussen het oppervlak van uw spijsverteringskanaal en de koffie. We gebruikten deze spontane - maar vaak genegeerde - ladingen om onze slimme huid volledig zelfvoorzienend te maken."

Deze zelfvoorzienende methode is mogelijk omdat de slimme huid in de eerste plaats heel weinig energie verbruikt. De meeste andere eerder ontwikkelde smart skins zijn digitaal, wat betekent dat hun resolutiegevoeligheid wordt bepaald door een raster van pixels. Het verhogen van de resolutie vereist meestal een verhoging van het aantal pixels en elektroden.

In tegenstelling tot, de nieuwe smart skin maakt gebruik van een analoge methode waarvoor slechts vier elektroden nodig zijn. De elektroden bevinden zich aan vier tegenover elkaar liggende uiteinden van de slimme huid. Wanneer een voorwerp, zoals een vinger, oefent druk uit op de slimme huid, het genereert een stroom door de huid die een spanning op elke elektrode induceert. Aangezien de afstand tussen de uitgeoefende kracht en elke elektrode anders is, de spanning op elke elektrode zal ook anders zijn, en de relatieve spanningen kunnen worden gebruikt om de locatie van de uitgeoefende kracht te bepalen.

"We gebruiken de spontane tribo-elektrische ladingen, gecombineerd met vlakke elektrostatische inductie, om de aanraking op de slimme huid te voelen, " Zhang zei. "De tribo-elektrische ladingen komen overal in ons dagelijks leven voor wanneer twee oppervlakken elkaar raken. En wanneer een geladen oppervlak een metalen blok (of elektrode) nadert, het zal de tegenovergestelde ladingen induceren, dat is het elektrostatische inductie-effect. De intensiteit van het elektrostatische inductie-effect hangt af van de afstand tussen het geladen oppervlak en metaal."

De experimenten van de onderzoekers toonden aan dat, wanneer gewikkeld rond een robothand, de analoge smart skin kan de locatie van een uitgeoefende kracht bepalen met een gemiddelde resolutie van 1,9 mm. Om de hoge gevoeligheid van de slimme huid voor zeer kleine krachten aan te tonen, de onderzoekers toonden aan dat de slimme huid de aanwezigheid van een honingbij van 0,16 gram kan detecteren, evenals een springende krekel.

In de toekomst, de onderzoekers hopen de slimme huid verder te verbeteren door de detectieresolutie en gevoeligheid te verhogen, die tegen lage kosten kunnen worden aangepakt, aangezien voor deze verbeteringen geen extra elektroden nodig zijn. De onderzoekers zijn ook van plan om manieren te ontwikkelen om de slimme huid te beschermen tegen interferentie van de omgeving en andere elektronische componenten, wat een probleem vormt voor wanneer de slimme huid is geïntegreerd in mobiele telefoons.

"Vergeleken met digitale smart skins die uitgebreid zijn bestudeerd, analoge smart skins hebben nog meer diepgaande studie nodig, "Zei Zhang. "Analoge slimme skins hebben duidelijke voordelen wat betreft resolutie en energieverbruik. Ik hoop dat ons werk meer aandacht kan trekken voor de analoge smart skins."

© 2016 Fys.org