Может показаться невероятным, но некоторые животные обладают способностью обнаруживать объекты вокруг себя, не видя и не касаясь их. Одни из таких существ — африканские рыбы-мормириды, которые с помощью слабых электрических сигналов «чувствуют» свою добычу, даже если она скрыта в иле или мутной воде. Это уникальное умение вдохновило учёных на создание искусственной сенсорной системы, способной определять местоположение объектов без применения камер.
Такая технология обещает найти применение в робототехнике, интеллектуальных протезах и других устройствах, где необходимо бесконтактное обнаружение. Описание работы датчика, который использует электрическое поле для определения объектов, появилось в журнале Nature.
Как это работает?
Сенсорная система состоит из двух слоёв: один генерирует электрическое поле, а другой воспринимает его изменения, вызванные присутствием объекта. Такая структура позволяет определять не только расстояние до цели, но и её направление, причём в трёхмерном пространстве.
Для создания слоёв использован биогель, нанесённый на гибкую подложку из PDMS — биосовместимого силиконового полимера. Этот материал широко применяется в медицине благодаря своей мягкости, прочности и гибкости. Напечатанные на поверхности микроканалы позволяют гелю проводить электрические сигналы, создавая тонкий, растягивающийся и прозрачный датчик, который легко адаптируется к неровным поверхностям, включая человеческую кожу.
Когда объект попадает в радиус действия датчика, он изменяет емкостное поле, и эти изменения фиксируются приёмным слоем. Чем больше и ближе объект, тем сильнее сигнал, что позволяет системе точно определять расстояние. Несколько датчиков, объединённых в массив, обеспечивают полное 3D-картирование пространства.
Технические возможности
Сейчас система способна обнаруживать объекты диаметром около 8 мм на расстоянии до 10 см в воздухе и до 1 метра под водой. Она питается от встроенной литий-ионной батареи, которая заряжается беспроводным способом, и использует микроконтроллер для обработки сигналов. Готовые данные передаются на смартфон или другое устройство через Bluetooth, что делает систему энергоэффективной и удобной.
Контроллер датчика заключён в водонепроницаемую оболочку из PDMS, что делает устройство подходящим для работы в сложных условиях. Однако датчик пока менее точно распознаёт мелкие объекты (менее 4 мм), а с более крупными увеличивается время отклика. Также на точность могут влиять влажность воздуха и электромагнитные помехи, особенно на расстоянии менее 40 см от сенсора.
Потенциал и будущее
Хотя технология ещё требует доработки, она уже открывает широкие перспективы. Гибкие сенсоры могут использоваться в человеко-машинных интерфейсах, для управления роботами, а также в носимых устройствах, таких как электронная кожа.
Научное вдохновение, взятое у природы, снова показывает, как многообещающими могут быть технологии, которые учатся у живых организмов. Возможно, в ближайшем будущем эти сенсоры найдут своё место не только в научных лабораториях, но и в нашей повседневной жизни.
