Китайські інженери розробили багатошарове накладне електронне татуювання, в яке інтегрували 15 датчиків деформації та змусили порухати рукою робота через Bluetooth. Конструкція використовує складки, наприклад, на пальцях чим посилює вихідний сигнал сенсорів та може розтягуватися до 800 відсотків. Результати роботи вчені опублікували у журналі Science Advances.
Lixue Tang, Southern University of Science and Technology
Навіщо робити електронне татуювання?
Натільну електроніку зазвичай інженери прагнуть яким-небудь чином безпосередньо об’єднати з людиною: наклеювати, друкувати одразу на шкірі 3D-принтером або врешті решт імплантувати електроди. Зазвичай електроніка об’єднується з тканинами людини завдяки використанню м’яких субстратів, що дає змогу, наприклад, слідкувати за деякими показниками здоров’я. Втім, найбільш часто використовувані для таких пристроїв силіконові підкладки, хоч і є гнучкими та хімічно інертними, тобто не шкодять шкірі, не можна міцно прикріпити. Деформація тканин під час простого згинання пальців змушує наліпки або частково, або повністю відділятися і тим самим викликають нестабільний зв’язок з приладом.
Цікавим варіантом, який розглядають, є електронні татуювання, які можна міцно прикріпити, а вони будуть деформуватися разом зі шкірою. Такі татуювання отримують шляхом прямого 3D-друку або перенесенням «малюнку». Але зазвичай електронні схеми для таких татуювань виготовляють одношаровими, що дуже обмежує можливість використання кількох функцій одразу. Складні схеми обов’язково мають накладання з’єднань і достатню товщину до 100 мікрометрів, яку складно переносити на подушечки пальців, або на їхні згини. Тому зазвичай стоїть вибір між багатофункціональністю та зручністю носіння.
Що «витатуювали» інженери?
У своїй концепції вчені спробували зробити багатошарове переносне татуювання, технологію так і назвали - multilayered electronic transfer tattoo (METT) і оснастили його 15 датчиками, хоча і повідомляють про можливість додати більше. METT складається з трьох частин: клейовий та розділовий шар і модулі електронного ланцюга між ними. Інженери надрукували металополімерні провідники(metal-polymer conductor) на тонкій полімерній плівці, між якими сформували вертикальне електричне з'єднання, щоб збільшити кількість шарів схеми. Цікаво, що металополімерні провідники зазвичай не використовують для електронного друку через виникнення оксидного шару на частинках рідкого металу, однак за словами вчених, розтягнення поверхні викликало утворення провідних шляхів.
Крім того, METT можна поширити і на більш складні частини, наприклад, складки і відбитки пальців, а розробники повідомляють, що завдяки еластичній структурі(розтягнення до 800 відсотків порівняно з 500 відсотками в одношаровому варіанті), татуювання можна прикріпити до шкіри без відшаровування після багаторазових деформацій. Також вчені, використовуючи тензодатчики, скористалася саме цим згинанням і деформацією, посилюючи відклик сенсорів.
Як управляти роботом?
Інженери спробували збільшити кількість шарів до семи, однак це зменшило піддатливість матеріалу. Втім, вони з’ясували, що для роботи вистачило і двох-трьох шарів, а датчики одночасно вимірювали рух руки людини з 15 ступенями свободи. Потім вчені під’єднали конструкцію через Bluetooth та змогли поуправляти рукою робота з шістьма ступенями свободи, яка імітувала рухи людської руки. METT можна безпосередньо перенести на руку, рукавичку або будь-який інший матеріал, який сприйматиме клей. Так у майбутньому, за словами розробників, концепцію можна буде використовувати не лише як натільну електроніку для відстеження показників здоров’я, а і для управління роботами для віддаленого виконання складних завдань або для віртуальної реальності.