(Phys.org)—Forskare har tillverkat en smart hud som är självförsörjande av sin friktionskontakt med föremålen den vidrör. När ett honungsbi kryper över den smarta huden, huden känner inte bara insekten, den använder också den spontana triboelektriska laddningen som byggs upp mellan honungsbiet och den smarta huden för att driva dess avkänningsförmåga, eliminerar behovet av batterier. Den smarta huden kan ha tillämpningar för robotar, artificiell intelligens system, och bioniska lemmar för amputerade.

Forskarna, ledd av Haixia Zhang vid Peking University i Peking, har publicerat ett papper om det nya smarta skinnet i ett färskt nummer av ACS Nano .

"För konventionella elektroniska skal eller smarta skal, de behöver alla en strömförsörjning, " berättade Zhang Phys.org . "Detta är ett allvarligt problem. Det är besvärligt för användare att ta en tunn, flexibel och lätt smart hud tillsammans med ett hårt och tungt batteri som bara kan fungera i timmar. Den självdrivna smarta huden löser i grunden detta problem."

Som forskarna förklarar, triboelektriska laddningar uppstår var som helst där två föremål berör varandra, även om dessa avgifter är så små att de ofta förbises.

"Föreställ dig ett scenario där du går mot ett bord för att ta en kopp kaffe, ", sa Zhang. "Motsatta laddningar kommer att genereras på ytan av dina skor och marken. När du sedan tar upp koppen för att dricka, de motsatta laddningarna kommer att genereras på din handflata och koppens handtag. Vidare, när du sväljer kaffet, laddningarna kommer till och med att genereras mellan ytan av din matsmältningskanal och kaffet. Vi använde dessa spontana – men ofta ignorerade – avgifter för att göra vår smarta hud helt självförsörjande."

Denna självförsörjande metod är möjlig eftersom den smarta huden förbrukar väldigt lite energi i första hand. De flesta andra tidigare utvecklade smarta skal är digitala, vilket innebär att deras upplösningskänslighet bestäms av ett rutnät av pixlar. Att öka upplösningen kräver vanligtvis en ökning av antalet pixlar och elektroder.

I kontrast, det nya smarta skinnet använder en analog metod som bara kräver fyra elektroder. Elektroderna är placerade i fyra motsatta ändar av den smarta huden. När ett föremål, som ett finger, lägger ett tryck på den smarta huden, den genererar en ström genom huden som inducerar en spänning på varje elektrod. Eftersom avståndet mellan den applicerade kraften och varje elektrod är olika, spänningen vid varje elektrod kommer också att vara olika, och de relativa spänningarna kan användas för att fastställa platsen för den applicerade kraften.

"Vi använder de spontana triboelektriska laddningarna, kombinerat med plan elektrostatisk induktion, att känna beröringen som appliceras på den smarta huden, ", sade Zhang. "De triboelektriska laddningarna uppstår överallt i vårt dagliga liv när två ytor rör vid varandra. Och när en laddad yta närmar sig ett metallblock (eller elektrod), det kommer att inducera motsatta laddningar, vilket är den elektrostatiska induktionseffekten. Intensiteten av den elektrostatiska induktionseffekten beror på avståndet mellan den laddade ytan och metall."

Forskarnas experiment visade att när den lindas runt en robothand, den analoga smarta huden kan bestämma platsen för en applicerad kraft med en genomsnittlig upplösning på 1,9 mm. För att visa den smarta hudens höga känslighet för mycket små krafter, forskarna visade att den smarta huden kan upptäcka närvaron av ett 0,16 gram honungsbi, samt en hoppcricket.

I framtiden, forskarna hoppas kunna förbättra den smarta huden ytterligare genom att öka dess upptäcktsupplösning och känslighet, vilket kan åtgärdas till en låg kostnad eftersom dessa förbättringar inte kräver ytterligare elektroder. Forskarna planerar också att utveckla sätt att skydda den smarta huden från störningar från miljön och andra elektroniska komponenter, vilket utgör ett problem när det smarta skalet integreras i mobiltelefoner.

"Jämfört med digitala smarta skal som har studerats mycket, analoga smarta skinn behöver fortfarande mer djupgående studier, ", sa Zhang. "Analoga smarta skinn har uppenbara fördelar vid upplösning och energiförbrukning. Jag hoppas att vårt arbete kan dra mer uppmärksamhet till de analoga smarta skinnen."

© 2016 Phys.org