Forskare har utvecklat en ultratunn trycksensor som kan fästas direkt på huden och mäta hur fingrar interagerar med föremål för att producera användbar data för medicinska och tekniska tillämpningar. Sensorn har minimal effekt på användarens känslighet och förmåga att greppa föremål, och det är resistent mot störningar från gnidning. Teamet hoppas också att deras sensor kan användas för den nya uppgiften att digitalt arkivera hantverkares kompetens.

Det finns många anledningar till varför forskare vill registrera rörelser och andra fysiska detaljer förknippade med händer och fingrar. Våra händer är våra primära verktyg för att direkt interagera med, och manipulera, material och våra närmiljöer. Genom att registrera hur händer utför olika uppgifter, det skulle kunna hjälpa forskare inom områden som idrott och medicinsk vetenskap, samt neuroteknik med mera. Men att fånga denna data är inte lätt.

"Våra fingertoppar är extremt känsliga - så känsliga, faktiskt, att en supertunn plastfolie bara några miljondels meter tjock räcker för att påverka någons förnimmelser, ", sa föreläsare Sunghoon Lee från Someya Group vid University of Tokyo. "Så en bärbar sensor för dina fingrar måste vara extremt tunn. Men detta gör uppenbarligen den mycket ömtålig och känslig för skador från gnidning eller upprepade fysiska handlingar. För att övervinna detta, vi skapade ett speciellt funktionellt material som är tunt och poröst som kallas en nanomesh-sensor."

Lee och hans team gjorde två typer av lager för sina sensorer. Båda lagren gjordes genom en process som kallas elektrospinning, som liknar en spindel som spinner sitt nät. Den ena är ett isolerande polyuretannät med fibrer på cirka 200 nanometer till 400 nanometer tjocka, ungefär en femhundradels tjocklek på människohår. Det andra lagret är ett stencilliknande nätverk av linjer som utgör sensorns funktionella elektroniska komponent. Denna är gjord av guld och använder en stödram av polyvinylalkohol, hittas ofta i kontaktlinser, som efter tillverkningen tvättas bort för att bara lämna de guldspår som den stödde. Flera lager kombineras för att bilda en funktionell tryck- och rörelsesensor.

"Vi utförde en rigorös uppsättning tester på våra sensorer med hjälp av 18 testpersoner, " sa Lee. "De bekräftade att sensorerna var omärkliga och påverkade varken förmågan att greppa föremål genom friktion, inte heller den upplevda känsligheten jämfört med att utföra samma uppgift utan en sensor ansluten. Det här är precis det resultat vi hoppades på."

Detta är första gången i världen en fingertoppsmonterad sensor utan effekt på hudens känslighet har framgångsrikt demonstrerats. Och sensorn bibehöll sin prestanda som trycksensor även efter att ha gnuggats mot en yta med en kraft på 100 kilopascal, ungefär lika med atmosfärstryck, 300 gånger utan att gå sönder. En ny applikation som teamet skulle vilja se är digital arkivering av känsliga hantverk av hantverkare eller till och med arbete av mycket skickliga kirurger. Om dessa processer kan registreras, det skulle kunna bli möjligt att utbilda maskiner i hur man utför uppgifter till en högre grad av trohet än någonsin tidigare.