De söta små morrhåren du ser på ditt husdjur gör mer än att bara rycka bedårande. Den långa, utskjutande hårstrån är faktiskt beröringsreceptorer, skicka viktig information om omgivningen till hjärnan och hjälpa djuren att förstå sin miljö.

Intresserad av hårens mångsidighet, University of Texas i Dallas forskare använde formminne-polymerer för att skapa konstgjorda, elektroniska versioner som kallas e-whiskers, som efterliknar egenskaperna hos den verkliga saken. De beskriver sitt arbete i en artikel som nyligen publicerats i tidningen Avancerade material .

De hårliknande strukturerna är en betydande framsteg mot konstruktion av elektronisk mänsklig hud, enligt forskarna som monterade dem.

Tätningssensorer

"Det finns några riktigt intressanta exempel i djurriket på hur morrhår är användbara för att sondera och förhöra miljön, "sa Jonathan Reeder BS'12, Ph.D.'16, huvudförfattare till studien som genomförde forskningen som doktorand vid Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science.

Sälar är ett bra exempel, han sa.

"Sälar använder långa morrhår för mycket komplex avkänning. När de simmar i vattnet, deras morrhår känner faktiskt vattenflödet när de går, "sade Reeder, som nu är postdoktor vid Northwestern University. "Tester har genomförts där en ögonbindel kommer att hitta en fisk som simmar i poolen och faktiskt kan spåra fisken baserat på turbulens. Fisken stör vattnet, vattnet stör sälens morrhår, och det ger den information om var fisken är. Det är 3D-strukturen hos morrhåren som möjliggör dessa avancerade funktioner. "

Reeder gick till jobbet och skapade sin egen version av en morrhår, tillsammans med sin doktorandmentor, Dr. Walter Voit BS'05, MS'06. Voit, docent i materialvetenskap och teknik och maskinteknik, är författare till tidningen.

Konturerna av e-morrhåren klipptes ut från ett plant ark med formminnespolymer, som är stel vid rumstemperatur men blir flexibel vid uppvärmning. En flexibel töjningssensor mönstrades ovanpå varje morrhår, som hade ungefär samma diameter som ett människohår och förblev fäst vid arket.

När forskare blåste varm luft genom botten av utskärningarna, materialet blev mjukt och böjbart, låta de små fingrarna-eller e-morrhåren-stiga och bli tredimensionella. När e-morrhåren var monterade, störningar orsakade förändringar i töjningssensorns motstånd som möjliggjorde exakt spårning av varje e-whisker-position.

"Vi har skapat några av de högsta tätheten av e-whiskers hittills, "Sa Voit." När du har många sådana här sensorer som kan dras över en yta, du kan sedan använda dem för att mäta många intressanta egenskaper. Våra e-morrhår kunde upptäcka kraft, tryck, anslutning, temperatur, stelhet och topografi. När de borstar mot - eller vispar över - olika material, de efterliknar avkänningsförmågan hos mänsklig hud. "

Replikera hudfunktioner

Forskarna sa att robotik och protes kan vara två av de största applikationerna för e-morrhåren.

"Många robotar samlar redan in taktil information från sin fysiska miljö. Men traditionella sensorer saknar komplexitet och rikedom av mänsklig beröring. Med e-morrhår, vi kan öka typen av information som kan erhållas när en sensor betas över en yta, "Sa Reeder." Inom robotik, e-morrhår kan replikera funktionaliteten hos mänsklig hud genom att bestämma vad som är hårt och mjukt, varm och kall, slät och grov. De kan låta roboten identifiera föremål och interagera säkert med dem, gör robotarna mer 'mänskliga vänliga'. "

Att integrera e-morrhår med en protes kan vara svårare.

"Att integrera elektroniska sensorer direkt med biologi är den mest övertygande applikationen men presenterar en rad tuffa utmaningar, "Sa Reeder." Nämligen, hur man översätter elektroniska signaler som genereras av sensorn till nervsystemet 'språk', och hur man bildar en stabil mekanisk och elektrisk koppling mellan den flexibla elektroniken och mjukvävnaden. "

I sista hand, forskarna vill inte bara replikera den mänskliga funktionen med proteser, men förbättra det.

"E-morrhårens känslighet för förändringar i yttopologi och temperatur, samt sensorernas svarstid, alla överstiger förmågan hos människans hud med åtminstone en storleksordning, "Reeder sa." Det är inte omöjligt för en person med protes att faktiskt ha bättre känslighet än med den mänskliga handen. "

Andra UT Dallas -forskare som deltog i arbetet var maskinteknik, doktorand Tong Kang och kandidatstudent i bioingenjör Sarah Rains.