Дослідники створили натільний пластир, здатний виявляти небезпеки в навколишньому середовищі - наприклад, небезпечні гази або важкі метали у воді - і потім сповіщати користувача вібрацією на його шкірі. Дослідники також розширили свою роботу, створивши «електронну шкіру» для роботизованих пристроїв, що дозволяє роботам виявляти та уникати небезпек у навколишньому середовищі. Стаття опублікована у журналі Device.
"Вже існують датчики, здатні виявляти небезпеки у навколишньому середовищі та надсилати повідомлення на телефон – ми хотіли покращити це", – каже Ерім Узуноглу, провідний автор статті та аспірант Університету штату Північна Кароліна. "У нас було дві цілі у цій роботі. По-перше, ми хотіли мініатюризувати датчики та інтегрувати їх в пластир, щоб виявляти будь-які потенційні ризики для користувача.
"По-друге, якщо ви контактуєте з небезпечною речовиною, вам потрібно дізнатися про це якнайшвидше. І якщо повідомлення надсилається на ваш телефон, ви можете не перевірити його відразу. Тому ми хотіли інтегрувати тактильну технологію у пластир, щоб він вібрував, щойно буде виявлено небезпеку, дозволяючи людям швидко реагувати на потенційну загрозу."
Розробка тактильного пластиру
Для цієї роботи дослідники створили квадратний пластир, трохи менше водійського посвідчення. Пластир містить мікроконтролер, який є «мозком» пластиру; дуже маленьку батарею; датчики для моніторингу шести небезпек навколишнього середовища; і крихітний актуатор, який є тактильним двигуном, що вібрує на шкірі. Зовнішня частина пластиру також включає масив тонкоплівкових фотоелектричних елементів, що дозволяє пристрою збирати сонячну енергію під час носіння.
"Тільки вібраційного двигуна недостатньо; потрібно справді його відчувати", — каже Олуватобі Оджуаде, співавтор статті та аспірант Університету штату Північна Кароліна. "Тому ми розробили крихітні текстуровані поверхні, які знаходяться на кордоні між двигуном та вашою шкірою, майже як мініатюрний візерунок із горбків. Змінюючи розмір та відстань між цими виступами, ми змогли контролювати сприйняття вібрації на шкірі. Це дозволило нам точно налаштувати відчуття, щоб воно дійсно привертало вашу увагу, а не відчувалося як слабке дзижчання, яке ви можете пропустити."
Пристрій також запускає різні тактильні послідовності або патерни вібрації для кожної виявленої небезпеки. Це дозволяє користувачам визначати, про яку небезпеку в довкіллі їм слід знати.
"Під час тестування, що підтверджує працездатність пристрою, ми виявили, що він добре справляється з виявленням небезпечних речовин та негайним запуском тактильної реакції", — каже Узуноглу. "Ми також виявили, що технологія збирання енергії добре продовжує термін служби батареї." У поєднанні з низьким енергоспоживанням датчиків, це дозволяє пристрою працювати близько 24 годин.
Від пристрою оповіщення до електронної шкіри для роботів
У процесі розробки пластиру дослідники вдалися в питання, чи можна розширити цю концепцію для використання в роботизованих пристроях, дозволивши роботам виявляти небезпеки в навколишньому середовищі та реагувати на них. Це спричинило розробку того, що вони називають електронною шкірою.
Електронна шкіра, по суті, є накладанням сенсорного пластиру на шар п'єзоелектричного матеріалу. Коли датчик виявляє небезпеку і запускає тактильний відгук, вібрація на п'єзоелектричному шарі створює електричний сигнал, який може бути виявлений роботом.
Під час випробувань електронна шкіра дозволила чотирилапим роботам виявляти небезпеки та змінювати свої маршрути, щоб уникнути цих небезпек.
Створено для адаптації
"Пластир і електронна шкіра в основному виготовлені зі стандартних компонентів, з дуже невеликою кількістю елементів, розроблених на замовлення", - каже Амай Бандодкар. "Це має спростити масштабування технології в майбутньому", - говорить Ліліан Сяо, співавтор статті та доцент кафедри електротехніки та обчислювальної техніки в Університеті штату Північна Кароліна. "І концепція надзвичайно гнучка - масив датчиків модульний, тому можна додавати або видаляти датчики, які відстежують ті небезпеки, які є найбільш актуальними для конкретного застосування."
"Дивно, що ми можемо кодувати тактильні сигнали в матеріали з різними властивостями, що раніше було дуже складним завданням, особливо в реальних умовах, коли люди хотіли б носити пристрій", - додає вона.
"Поєднання пристрою, який люди носитимуть, з розширеними можливостями виявлення та здатністю сповіщати користувача – це те, над чим ми працюємо вже давно."
