Электромеханическую модель тактильного полимерного покрытия, которое может быть использовано для создания человекоподобных роботов, бионических протезов и искусственных органов, разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), сообщила 11 ноября пресс-служба вуза.

Тактильное (связанное с ощущением прикосновения, механического воздействия на поверхность) покрытие, разработанное в Пермском политехе, содержит на поверхности слой специальных ворсинок — «вибрисс», которые позволяют «ощущать» окружающие предметы, определять форму и размер контактирующих с ними тел.

Результаты работы ученые представили в статье «Электро-механическая модель тактильного полимерного оптоволоконного пьезоэлектролюминесцентного покрытия», опубликованной в «Журнале радиоэлектроники» (2022).

В своей статье разработчики отмечают, что «в области измерительной техники актуальной остается задача совершенствования сенсорных индикаторных и тактильных покрытий (систем) для индикации, локации внешних воздействий (удара), диагностирования геометрических, упругих и трибологических характеристик контактирующих с покрытием тел».

Гибкие полимерные сенсорные покрытия, разработка которых стала предметом исследования ученых ПНИПУ, используют в системах «очувствления» робототехнических устройств, в индикаторных полимерных покрытиях для регистрации ударных внешних воздействий.

Руководитель проекта, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, доктор физико-математических наук Андрей Паньков пояснил:

«Тактильное покрытие может принимать различные формы и представляет собой гибкий тонкий полимерный слой со встроенной сетью оптоволоконных датчиков. Они преобразуют информацию о прикосновениях в оптические сигналы, чтобы передать их по оптоволокну „искусственному интеллекту“».

Такое покрытие, использованное в качестве искусственной кожи человекоподобных роботов, в бионических протезах и искусственных органах сделает реальными их тактильные ощущения, их характеристики позволят искусственному интеллекту точно рассчитать положение предмета в пространстве, его размеры, необходимое и достаточное усилие для его удержания и дальнейших необходимых действий.

Разработчики сообщили, что тактильное полимерное покрытие действует на основе использования механолюминесцентного эффекта — светоотдачи при механическом воздействии на систему из пьезоэлектрических и электролюминесцентных элементов.

Во время контакта с анализируемыми объектами ворсинки-вибриссы на поверхности покрытия деформируются, осуществляя при этом информативные механические воздействия на соответствующие участки покрытия и встроенного в него оптоволоконного механолюминесцентного датчика.

Активированные участки датчика подают световой сигнал с определенными параметрами внутрь оптоволокна, что позволяет передавать эти информативные световые сигналы на большие расстояния для их последующей «расшифровки».

Такая передача информации имеет значительные преимущества в сравнении с датчиками, в которых деформирование ворсинок считывается системой высокоскоростной фотовидеорегистрации.

Деформационные и электрические поля, которые образуются при контакте в элементах тактильного покрытия: ворсинках, корпусе и встроенном в него оптоволоконном механолюминесцентном датчике, были исследованы разработчиками.

Это позволило установить зависимости информативных световых сигналов от механических тактильных «ощущений» покрытия в процессе контакта ворсинок с предметами — выявить характерные формы генерируемых информативных световых сигналов для различных случаев деформирования ворсинок, таких, как изгибы в различных плоскостях и кручения при контакте торцов ворсинок с поверхностью анализируемого объекта.

Созданная пермскими учеными электромеханическая модель тактильного полимерного покрытия поможет повысить чувствительность измерительных приборов с сенсорными покрытиями, став «кожей» для человекоподобных роботов, бионических протезов и искусственных органов.