Ученые создали материал, способный чувствовать прикосновения

 Машины способны видеть и слышать лучше, чем человек, но с чувствительностью естественной кожи пока мало что может соперничать. Команда инженеров из Технологического института Джорджии (Georgia Tech) представила свое новое изобретение: чувствительный к давлению эластичный материал, который состоит из ряда транзисторов. Пластинка из такого материала может принимать практически любые формы, к тому же он достаточно восприимчив к давлению, чтобы сравниться с человеческими пальцами.

Применений новинке может быть масса: во-первых, на основе такого материала можно создать экран для смартфона, который будет реагировать только на прикосновения пальцев владельца; во-вторых, его можно будет использовать для изготовления протезов, чтобы человек с ампутированной конечностью не терял радости чувствовать прикосновения; в-третьих, такую технологию можно использовать в охранных системах.

Для создания сенсора инженеры взяли за основу пьезоэлектрический материал. Принцип его работы заключается в том, что при нажатии, деформации или растяжении индуцируется электрический сигнал, и наоборот, при помещении пьезоэлектрика в электрическое поле, он деформируется под воздействием заряда.

Пьезоэлектрики широко используются в быту, например, в зажигалках или дверных звонках. Как правило, подобные материалы воспринимались учеными как альтернативный источник энергии, но команда из Технологического института Джорджии взглянула на явление под другим углом.

Ведущий автор исследования Чжун Лин Ван (Zhong Lin Wang) задался вопросом, что произойдет, если использовать материал в транзисторе, базовом компоненте любого электронного устройства?

Транзисторы служат переключателями между двумя различными состояниями — нулем и единицей — в компьютерных чипах, что является основой обработки информации. Чтобы создать новый транзистор, ученые использовали оксид цинка, который обладает пьезоэлектрическими свойствами, а также является полупроводником.

В лаборатории инженеры "выращивали" пучки микроскопических проводов из оксида цинка, помещая их между двумя электродами из оксида индия олова. Каждый транзистор состоял из 1500 вертикально расположенных нанопроводков (диаметром 500-600 нанометров). Благодаря крохотным размерам, тысячу таких транзисторов можно уместить на одной монетке. Расположенные в ряд транзисторы, покрытые слоем полимеров, выглядят как кусок прозрачного пластика.

Новый материал способен не только посылать электрический сигнал при любом прикосновении, но и определять степень давления, а также различать, к какому именно участку прикасаются. Теперь можно с уверенностью заявить, что материал работает по принципу человеческой кожи (он "ощущает" нажатие в 10 килопаскалей, то есть по чувствительности сопоставим с человеческой кожей).

Подобное исследование проводилось в ноябре 2012 года под руководством Чженань Бао (Zhenan Bao), чья команда создала синтетическую структуру, обладающую двумя важнейшими свойствами кожи: чувствительностью и способностью к самовосстановлению. "Эта работа является наглядной демонстрацией потенциальной способности нанопроводов воспринимать прикосновения", — комментирует Бао.

Одним из главных преимуществ разработки Вана является непревзойденная прочность и устойчивость нового материала к повреждениям. Благодаря полимерной базе, его можно не только сгибать и растягивать множество раз, но и помещать его в воду (в том числе соленую). Как сообщается в пресс-релизе, в ходе испытаний пластинку поместили в емкость с дистиллированной и (отдельно) соленой водой на целый день, после чего она исправно работала.

Масса достоинств нового материала открывает новые возможности перед учеными. Новинку можно будет использовать как для изготовления протезов, так и для покрытия экранов.
С результатами работы ученых можно ознакомиться в статье журнала Science. В дальнейшем команда Вана планирует в три раза улучшить чувствительность материала за счет использования вместо пучков отдельных нанопроводков.