Flexibele huid voor zachte robots, ingebed met elektrische nanodraden, combineert geleidbaarheid met gevoeligheid binnen hetzelfde materiaal.

Een kunstmatige zachte huid doordrenkt met flexibele elektronica zou de manier kunnen verbeteren waarop robots hun omgeving voelen en ermee omgaan, KAUST-onderzoekers hebben aangetoond. Het team heeft ontdekt hoe elektrische geleidbaarheid en spanningsdetectie kunnen worden geprogrammeerd in een enkel materiaal dat is ingebed in een elastische polymeerhuid. De ontdekking zou ook toepassingen kunnen hebben in draagbare elektronische apparaten.

Als een dier een ledemaat strekt, een netwerk van zenuwen en sensoren in de huid geeft feedback die het helpt het ledemaat in de ruimte te oriënteren en te communiceren met zijn omgeving. Het inbedden van een netwerk van spanningssensoren en verbindende bedrading in een flexibele kunsthuid zou zachte robots soortgelijke sensorische feedback geven, hen helpen autonoom door hun omgeving te navigeren, zegt Gilles Lubineau, die het onderzoek leidde.

Tot nu, onderzoekers hebben verschillende materialen gebruikt voor de sensor- en geleidende bedradingscomponenten, kosten en complexiteit toevoegen aan het fabricageproces, legt Ragesh Chellattoan uit, een doctoraat student in het team van Lubineau. "Ons doel is om zowel detectie- als bedradingsconnectiviteit in één materiaal te krijgen, " hij zegt.

Het team ontwikkelde een kunstmatig materiaal bestaande uit een flexibel polymeer ingebed met zilveren nanodraden. individueel, elke nanodraad is geleidend, maar hoge weerstand op de knooppunten daartussen beperkt de algehele geleidbaarheid door het materiaal. De weerstand neemt aanzienlijk toe wanneer het materiaal wordt gebogen en de nanodraden uit elkaar worden getrokken, zodat het nanodraadnetwerk als een spanningssensor werkt.

Maar dat gedrag kan worden veranderd, het team liet zien. Het toepassen van een gelijkspanning maakte het nanodraadnetwerk erg heet op de punten met hoge weerstand, waar de nanodraden samenkomen. Deze gelokaliseerde verwarming werkt om aangrenzende nanodraden aan elkaar te lassen, vormt een sterk geleidend, stevig verbonden netwerk dat ongevoelig is voor rekken en buigen. "Elektrisch lassen verbindt duizenden knooppunten in het netwerk binnen 30 seconden, ", zegt Chellattoan. Door de manier waarop de stroom wordt geïntroduceerd te veranderen, wordt bepaald welke onderdelen geleidend worden.

De onderzoekers creëerden een rekbare huid voor een speelgoedactiefiguur om hun materiaal te demonstreren. Ze bedekten een van de benen van de figuur met de kunstmatige huid en brachten vervolgens alleen gelijkspanning aan op de linkerkant van het been voordat ze het been bij de knie bogen en observeerden wat er gebeurde. Aan de rechterkant, het nanodraadnetwerk fungeerde als een spanningssensor die de beenpositie kon detecteren terwijl de knie van de figuur werd gebogen en gestrekt; de linkerkant vertoonde een hoge geleidbaarheid, ongeacht de beenpositie.

De volgende stap, Chellattoan zegt, is om meer controle te krijgen over waar nanodraadlassen worden gevormd. Dit zou onderzoekers de mogelijkheid geven om precieze geleidende patronen in de kunstmatige huid te tekenen.