Кембриджские ученые разработали «искусственную кожу» из графена для сверхчувствительного осязания роботов

Прорыв в робототехнике: приближение к человеческому осязанию

Исследователи из Кембриджского университета добились значительного прогресса в наделении роботов чувством осязания, которое до недавнего времени оставалось их ключевым недостатком. Ученые создали миниатюрный тактильный датчик, который использует композитный материал на основе графена и жидких металлов, приближая возможности роботов к сенсорным способностям человека.

Новая разработка, детально описанная в журнале Nature Materials, позволяет роботизированным системам воспринимать не только силу нажатия, но и направление приложенных сил, определять скольжение объекта и даже распознавать шероховатость поверхности с разрешением, сопоставимым с чувствительностью кончиков человеческих пальцев.

Секрет в композитной структуре

Сложность воспроизведения многомерного тактильного восприятия, включающего одновременное ощущение давления, силы, вибрации и текстуры, долгое время сдерживала развитие ловкой роботизированной манипуляции. Как отметил профессор Тауфик Хасан из Кембриджского центра графена, большинство существующих датчиков были либо слишком громоздкими, либо хрупкими, либо не могли точно различать нормальные и тангенциальные силы.

Для решения этой проблемы команда разработала мягкий и гибкий композит. Этот материал, внедренный в силиконовую матрицу, включает листы графена, деформированные микрокапли металла и частицы никеля. Вдохновившись структурой человеческой кожи, ученые придали материалу форму крошечных пирамидок, некоторые из которых имеют поперечник всего 200 микрометров.

Сверхчувствительность и точность

Уникальная пирамидальная геометрия концентрирует напряжение на вершинах структур. Это свойство позволяет датчику улавливать чрезвычайно малые силы — достаточные, чтобы зафиксировать прикосновение песчинки. При этом устройство сохраняет широкий измерительный диапазон. Сигналы с четырех электродов, расположенных под каждой пирамидкой, математически восстанавливают полный трехмерный вектор силы в реальном времени.

В ходе испытаний датчики были интегрированы в роботизированные захваты. Роботы смогли успешно манипулировать хрупкими предметами, такими как тонкие бумажные трубки, не повреждая их.

Перспективы применения

Помимо промышленной автоматизации, данная технология открывает широкие перспективы в сфере протезирования, где тактильная обратная связь критически важна для повышения контроля и естественности взаимодействия с предметами. В дальнейшем исследователи планируют интегрировать в «искусственную кожу» сенсоры температуры и влажности, делая еще один шаг к созданию полноценной мультимодальной сенсорной поверхности.