Инженери изследователи от Университета на Минесота са разработили иновативен метод при триизмерното принтиране на еластични сензорни приспособления, които могат да накарат роботите да усещат заобикалящия ги свят чрез допир. Откритието би могло да намери приложение и при отпечатването му върху истинска човешка кожа.
Специално предложение:
Изследването е публикувано в Advanced Materials.
“Тази разтеглива електронна тъкан, която сме разработили, има много практически приложения”, заяви Майкъл МакАлпин (Michael McAlpine), доцент по машинно инженерство в Университета на Минесота и водещ изследовател в проучването.
“Поставянето на този тип ‘бионична кожа’ върху медицински роботи, използвани при операции, ще даде на хирурзите възможността да усещат допир, като по този начин ще ги улесни по време процедури с ограничена инвазия. Досега при тези манипулации са се използвали камери, за да се осъществява визуален контрол при провеждането им.”
През 2013 г. МакАлпин получи международно признание за вграждането на електроника и нови 3D-принтирани наноматериали, за да създаде „бионично ухо” и сега споделя, че новото откритие може да се прилага и при отпечатването на електроника върху истинска човешка кожа. Тази иновативна технология е подходяща при мониторинг на здравето или за употреба във военното дело за откриване на опасни материали или експлозиви.
Видео, показващо триизмерно принтиране на еластични електронно-сензорни устройства, които биха осигурили на роботите способността да чувстват заобикалящата ги среда, което е и съществен напредък при принтирането на електроника върху истинска човешка кожа. Credit: Shuang-Zhuang Guo and Michael McAlpine, University of Minnesota
“Макар и да не сме прилагали метода върху човешка кожа все още, ние можем да принтираме върху неравната повърхност на ръка-модел, използвайки нашата техника”, разказва ощеМакАлпин. “Ние също така свързахме принтиращото устройство с кожа и бяхме изненадани, че устройството е толкова чувствително, че може да открие пулса ви в реално време.”
МакАлпин и екипът му изобретили уникалната сензорна тъкан с единствен по вида си 3D принтер, който са конструирали в изследователската лабораторията. Многофункционалният принтер има четири дюзи за отпечатване на различните специализирани “мастила”, от които са изградени различните слоеве на изобретението – основният слой е съставен от силикон, горните и долните електроди са направени от проводящо мастило. Спираловидните сензори за налягане се покриват със защитен слой, чието предназначение е да задържа горния покривен слой на изобретението, докато цялото устройство се окомплектова. След това, във финалния етап на производствения процес, този защитен слой се отстранява.
Изненадващо е, че „мастилата”, използвани при различните компоненти на еластичните сензори, могат да се използват при стайна температура. Обикновените 3D принтери използват течни полимери /пластмаси/, които са с много висока температура по време на процеса, а след като изстинат стават много твърди, което ги прави неподходящи за използване върху човешка кожа. Разтегливите 3D сензори могат да се разтегнат до три пъти собствения си размер.
“Това е съвсем нов подход при 3D отпечатването на електроника”, казва МакАлпин. „Имаме мултифункционален принтер, който може да отпечата няколко слоя, за да изгради тези гъвкави сензорни устройства. Откритието може да ни отведе в толкова много посоки, от мониторинг на здравето, до добиването на енергия и чувствителност към химикали.”
Изследователите казват, че най-добрата част на разработката е, че производството е вградено в самия процес.
“При повечето изобретения се открива нещо, а след това трябва да се мащабира. Понякога този етап от разработката може да отнеме години, преди изобретението да е готово за употреба”, казва МакАлпин. “Този път производството е вградено в процеса, така че то е готово да се използва веднага.”
Разработчиците споделят, че следващият етап е да се премине към полупроводникови мастила и принтиране директно върху истински тела. „Възможностите за в бъдеще са безкрайни”, казва още МакАлпин.
Освен МакАлпин, в изследователския екип участват и университетските преподаватели от Университета на Минесота Шуанг-Джуангу Гуо, Кайян Киу, Фанбен Менг и Сун Хауън Парк.
Изследването е финансирано от Националния институт по биомедицинска образна диагностика и биоинженерство, и на Националните институти по здравеопазване на САЩ (под номер № 1DP2EB020537). За охарактеризиране на полимерите използвани в разработките, изследователите са използвали оборудването на Университета в Минесота.
Превод: Наталия Горова
Източник: Science Daily
