Новый датчик обнаруживает приближающиеся объекты по электрическому полю
Способность ощущать присутствие, не видя и не прикасаясь к объектам, присуща многим живым существам на планете. Рыбы мормира обнаруживают добычу в мутной воде, генерируя собственное электрическое поле. Инженеры из Гонконга разработали аналогичную, но искусственную сенсорную систему для роботов и умных протезов будущего, которая дополнит другие машинные способы восприятия.
«Мы разработали новую стратегию позиционирования 3D-движения для электронной кожи, вдохновленную «электрической рыбой», — говорит Ю Сингхэ из Городского университета Гонконга, руководитель исследовательской группы. Статья с описанием сенсорного устройства была опубликована в журнале Nature.
Один слой датчика действует как передатчик, генерируя электрическое поле, выходящее за пределы поверхности устройства. Другой служит приемником, который определяет направление и расстояние до объекта. Это позволяет датчику определять местоположение объекта в трехмерном пространстве. Слой электрода состоит из биогеля, напечатанного с обеих сторон изоляционного материала из полидиметилсилоксана. Его способность принимать и передавать электрические сигналы обусловлена наличием микроканалов.
В результате получается тонкий, гибкий, мягкий, прозрачный и эластичный датчик, подходящий для использования в любой среде, где требуются нестандартные формы, например, на теле человека.
Когда объект попадает в зону действия датчика, электрическое поле вокруг него нарушается и прибор сообщает об этом. Уровень изменения сигнала указывает на расстояние до цели. Используя массив из нескольких датчиков, система определяет положение цели в трех измерениях. Прототип способен обнаруживать объект в воздухе на расстоянии до 10 см. В водной среде расстояние увеличивается до 1 метра, сообщает Spectrum.
Датчик также имеет отдельный контроллер, подключенный через серебряный или медный провод. Он выполняет несколько функций: переводит устройство в рабочий режим, принимает сигналы от датчика и преобразует их из аналогового в цифровой. Затем эти данные передаются в микропроцессор, который вычисляет целевое положение и отправляет информацию через Bluetooth на смартфон. Питание обеспечивается литий-ионным аккумулятором с беспроводной индукционной зарядкой. Контроллер менее гибок и прозрачен, чем сам датчик, но покрыт водонепроницаемой и биосовместимой оболочкой.
Система наиболее эффективна при обнаружении объектов диаметром около 8 мм. Для объектов размером менее 4 мм точность падает, а для более крупных объектов требуется слишком большое время отклика. Если объект находится за тканью или листом бумаги, точность обнаружения не пострадает. Другие материалы могут снизить производительность датчика, а также вызвать электромагнитные помехи и колебания влажности. Это интересный новый подход, который открывает ряд интересных возможностей.
