Onderzoekers hebben een ultradunne druksensor ontwikkeld die direct op de huid kan worden bevestigd en kan meten hoe vingers interageren met objecten om bruikbare gegevens te produceren voor medische en technologische toepassingen. De sensor heeft een minimaal effect op de gevoeligheid en het vermogen van de gebruiker om objecten vast te pakken, en het is bestand tegen verstoring door wrijven. Het team hoopt ook dat hun sensor kan worden gebruikt voor de nieuwe taak om de vaardigheden van ambachtslieden digitaal te archiveren.

Er zijn veel redenen waarom onderzoekers beweging en andere fysieke details van handen en vingers willen vastleggen. Onze handen zijn ons belangrijkste gereedschap voor directe interactie met, en manipuleren, materialen en onze directe omgeving. Door vast te leggen hoe handen verschillende taken uitvoeren, het zou onderzoekers kunnen helpen op gebieden als sport en medische wetenschap, evenals neuroengineering en meer. Maar het vastleggen van deze gegevens is niet eenvoudig.

"Onze vingertoppen zijn extreem gevoelig - zo gevoelig, in feite, dat een superdunne plastic folie van slechts een paar miljoenste van een meter dik genoeg is om iemands gewaarwordingen te beïnvloeden, " zei docent Sunghoon Lee van de Someya Group aan de Universiteit van Tokyo. "Dus een draagbare sensor voor je vingers moet extreem dun zijn. Maar dit maakt het natuurlijk erg kwetsbaar en vatbaar voor schade door wrijven of herhaalde fysieke acties. Om dit te overwinnen, we hebben een speciaal functioneel materiaal gemaakt dat dun en poreus is, een nanomesh-sensor genoemd."

Lee en zijn team maakten twee soorten lagen voor hun sensoren. Beide lagen zijn gemaakt door een proces dat elektrospinnen wordt genoemd, die lijkt op een spin die zijn web spint. Een daarvan is een isolerend polyurethaangaas met vezels van ongeveer 200 nanometer tot 400 nanometer dik, ongeveer een vijfhonderdste van de dikte van mensenhaar. De tweede laag is een stencilachtig netwerk van lijnen dat de functionele elektronische component van de sensor vormt. Deze is gemaakt van goud en maakt gebruik van een draagframe van polyvinylalcohol, vaak gevonden in contactlenzen, die na fabricage wordt weggespoeld om alleen de gouden sporen achter te laten die het ondersteunt. Meerdere lagen vormen samen een functionele druk- en bewegingssensor.

"We hebben met behulp van 18 proefpersonen een rigoureuze reeks tests op onze sensoren uitgevoerd, " zei Lee. "Ze bevestigden dat de sensoren onmerkbaar waren en geen invloed hadden op het vermogen om objecten vast te pakken door wrijving, noch de waargenomen gevoeligheid vergeleken met het uitvoeren van dezelfde taak zonder bevestigde sensor. Dit is precies het resultaat waar we op hoopten."

Dit is de eerste keer ter wereld dat een op de vingertop gemonteerde sensor zonder effect op de gevoeligheid van de huid met succes is aangetoond. En de sensor behield zijn prestaties als druksensor, zelfs nadat hij met een kracht van 100 kilopascal tegen een oppervlak was gewreven, ongeveer gelijk aan atmosferische druk, 300 keer zonder te breken. Een nieuwe toepassing die het team graag zou zien, is de digitale archivering van delicaat handwerk door ambachtslieden of zelfs het werk van zeer bekwame chirurgen. Als deze processen kunnen worden vastgelegd, het zou mogelijk kunnen worden om machines te trainen in het uitvoeren van taken met een grotere mate van getrouwheid dan ooit tevoren is bereikt.