Flexibel hud för mjuka robotar, inbäddade med elektriska nanotrådar, kombinerar konduktivitet med känslighet inom samma material.

En konstgjord mjuk hud genomsyrad av flexibel elektronik kan förbättra hur robotar känner av och interagerar med sin omgivning, KAUST-forskare har visat. Teamet har upptäckt hur man programmerar elektrisk ledningsförmåga och spänningsavkänning i ett enda material inbäddat i en stretchig polymerhud. Upptäckten kan också ha tillämpningar i bärbara elektroniska enheter.

När ett djur sträcker en lem, ett nätverk av nerver och sensorer i huden ger feedback som hjälper den att orientera lemmen i rymden och interagera med sin omgivning. Att bädda in ett nätverk av spänningssensorer och anslutningsledningar i en flexibel konstgjord hud skulle ge mjuka robotar liknande sensorisk feedback, hjälpa dem att självständigt navigera i sin miljö, säger Gilles Lubineau, som ledde forskningen.

Tills nu, forskare har använt olika material för avkännings- och ledande ledningskomponenter, lägga till kostnad och komplexitet till tillverkningsprocessen, förklarar Ragesh Chellatoan, en Ph.D. elev i Lubineaus lag. "Vårt mål är att få både avkännings- och kabelanslutning i ett och samma material, " han säger.

Teamet utvecklade ett konstgjort material som består av en flexibel polymer inbäddad med silver nanotrådar. Individuellt, varje nanotråd är ledande, men högt motstånd vid korsningarna mellan dem begränsar den totala ledningsförmågan genom materialet. Motståndet ökar markant när materialet böjs och nanotrådarna dras isär så att nanotrådsnätverket fungerar som en töjningssensor.

Men det beteendet kan ändras, laget visade. Att applicera en likspänning gjorde nanotrådsnätverket mycket varmt vid punkter med högt motstånd, där nanotrådarna möts. Denna lokaliserade uppvärmning verkar för att svetsa ihop angränsande nanotrådar, bildar ett starkt ledande, fast förbundet nätverk som är ogenomträngligt för sträckning och böjning. "Elektrisk svetsning förenar tusentals knutpunkter i nätverket inom 30 sekunder, ", säger Chellattoan. Att ändra hur strömmen introduceras styr vilka delar som blir ledande.

Forskarna skapade en stretchig hud för en leksaksactionfigur för att demonstrera deras material. De täckte ett av figurens ben med den konstgjorda huden och applicerade sedan likspänning endast på benets vänstra sida innan de böjde benet vid knät och observerade vad som hände. På höger sida, nanotrådnätverket fungerade som en töjningssensor som kunde detektera benpositionen när figurens knä böjdes och rätades ut; vänster sida visade hög konduktivitet oavsett benposition.

Nästa steg, Chellatoan säger, är att få större kontroll över var nanotrådssvetsar bildas. Detta skulle ge forskare möjligheten att rita exakta ledande mönster i den konstgjorda huden.