Новый подход к сенсорным технологиям — медузы помогли обрести роботам и людям шестое чувство

Гибкие датчики, созданные по образцу электрических органов рыб, способны "чувствовать" объекты в трёхмерном пространстве. Эти разработки могут изменить будущее робототехники, носимой электроники и интерфейсов человек-машина.

Новый подход к сенсорным технологиям — медузы помогли обрести роботам и людям шестое чувство

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.

Читайте также

В МГУ научились предсказывать разрушение вертолетных лопастей

В МГУ научились предсказывать разрушение вертолетных лопастей

Виртуальный мозг мухи научили торговать криптовалютой

Виртуальный мозг мухи научили торговать криптовалютой

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Создан фотонный сенсор, способный самостоятельно обрабатывать свет

Создан фотонный сенсор, способный самостоятельно обрабатывать свет

25 ведущих математиков мира предупредили об опасности гонки ИИ за сложными доказательствами

25 ведущих математиков мира предупредили об опасности гонки ИИ за сложными доказательствами

Глава Anthropic призвал мир замедлить гонку искусственного интеллекта

Глава Anthropic призвал мир замедлить гонку искусственного интеллекта

Ученые научились программировать свойства фильтров из природного сырья

Ученые научились программировать свойства фильтров из природного сырья

В США создали квантовый датчик, потребляющий всего 5 милливатт

В США создали квантовый датчик, потребляющий всего 5 милливатт

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Китовая акула проплыла 54 700 км за 10 лет

Китовая акула проплыла 54 700 км за 10 лет

Эволюция – не слепой случай: ученые обнаружили скрытый «компас» в геноме

Эволюция – не слепой случай: ученые обнаружили скрытый «компас» в геноме