- 20,196
- 46
- 8 Ноя 2022
Умные стельки знают вас лучше психолога — они читают душу через походку.
Учёные из Сеульского национального университета науки и технологий представили новую платформу тактильных сенсоров, основанную на 3D-печатных ауктических метаматериалах (AMM). Разработка объединяет необычные свойства механики с возможностями аддитивного производства и открывает путь к более чувствительным и стабильным системам для робототехники, протезирования, носимой электроники и медицинских приложений.
Тактильные сенсоры работают по принципу преобразования давления или силы в электрический сигнал, что позволяет машинам и медицинским устройствам адекватнее реагировать на окружающую среду. Традиционные конструкции уже достигли высокой точности, но при расширении диапазона и попытках увеличить чувствительность сталкивались с ограничениями материалов. Метаматериалы, обладающие свойствами, отсутствующими в природе, стали одним из путей решения. Среди них выделяются ауктические структуры с отрицательным коэффициентом Пуассона: при сжатии они не расширяются наружу, а наоборот сжимаются внутрь, концентрируя нагрузку в заданной области.
До недавнего времени практическое внедрение AMM сдерживали сложности изготовления и интеграции. Команда под руководством Мин Гю Кана и Сун Дже Пё предложила способ преодолеть эти барьеры. Используя 3D-печать методом цифровой фотополимеризации (DLP), исследователи создали кубическую решётку с шарообразными пустотами, которая может работать в двух режимах: ёмкостном и пьезорезистивном. В первом случае давление меняет расстояние между электродами и распределение диэлектрика, во втором — нанотрубочный слой изменяет сопротивление под нагрузкой.
Кан объясняет, что особенность отрицательного коэффициента Пуассона обеспечивает усиление чувствительности за счёт локальной концентрации деформации, стабильность даже в ограниченных конструкциях и снижение взаимных помех между сенсорными ячейками. В отличие от классических пористых материалов, такие структуры не расползаются в стороны при нагрузке, что делает их удобными для носимых систем . Кроме того, технология DLP позволяет программировать форму и свойства без изменения базового материала.
Жизнеспособность подхода подтвердили на двух примерах: матрица датчиков успешно выполняла пространственное картирование давления и классификацию объектов, а «умная» стелька отслеживала особенности походки и выявляла типы пронации. По словам Пё, именно в ограниченных пространствах, таких как многослойные подошвы, новая структура сохраняет характеристики, тогда как обычные решётки теряют эффективность.
Преимущества платформы — масштабируемость, совместимость с разными методами преобразования и устойчивость к механическим нагрузкам. Это открывает перспективы для её применения в медицинской реабилитации, роботизированных манипуляторах, интерфейсах взаимодействия человека и машины. Возможность непрерывного мониторинга движений и состояния организма делает такие сенсоры особенно востребованными в системах носимой электроники.
Учёные из Сеульского национального университета науки и технологий представили новую платформу тактильных сенсоров, основанную на 3D-печатных ауктических метаматериалах (AMM). Разработка объединяет необычные свойства механики с возможностями аддитивного производства и открывает путь к более чувствительным и стабильным системам для робототехники, протезирования, носимой электроники и медицинских приложений.
Тактильные сенсоры работают по принципу преобразования давления или силы в электрический сигнал, что позволяет машинам и медицинским устройствам адекватнее реагировать на окружающую среду. Традиционные конструкции уже достигли высокой точности, но при расширении диапазона и попытках увеличить чувствительность сталкивались с ограничениями материалов. Метаматериалы, обладающие свойствами, отсутствующими в природе, стали одним из путей решения. Среди них выделяются ауктические структуры с отрицательным коэффициентом Пуассона: при сжатии они не расширяются наружу, а наоборот сжимаются внутрь, концентрируя нагрузку в заданной области.
До недавнего времени практическое внедрение AMM сдерживали сложности изготовления и интеграции. Команда под руководством Мин Гю Кана и Сун Дже Пё предложила способ преодолеть эти барьеры. Используя 3D-печать методом цифровой фотополимеризации (DLP), исследователи создали кубическую решётку с шарообразными пустотами, которая может работать в двух режимах: ёмкостном и пьезорезистивном. В первом случае давление меняет расстояние между электродами и распределение диэлектрика, во втором — нанотрубочный слой изменяет сопротивление под нагрузкой.
Кан объясняет, что особенность отрицательного коэффициента Пуассона обеспечивает усиление чувствительности за счёт локальной концентрации деформации, стабильность даже в ограниченных конструкциях и снижение взаимных помех между сенсорными ячейками. В отличие от классических пористых материалов, такие структуры не расползаются в стороны при нагрузке, что делает их удобными для носимых систем . Кроме того, технология DLP позволяет программировать форму и свойства без изменения базового материала.
Жизнеспособность подхода подтвердили на двух примерах: матрица датчиков успешно выполняла пространственное картирование давления и классификацию объектов, а «умная» стелька отслеживала особенности походки и выявляла типы пронации. По словам Пё, именно в ограниченных пространствах, таких как многослойные подошвы, новая структура сохраняет характеристики, тогда как обычные решётки теряют эффективность.
Преимущества платформы — масштабируемость, совместимость с разными методами преобразования и устойчивость к механическим нагрузкам. Это открывает перспективы для её применения в медицинской реабилитации, роботизированных манипуляторах, интерфейсах взаимодействия человека и машины. Возможность непрерывного мониторинга движений и состояния организма делает такие сенсоры особенно востребованными в системах носимой электроники.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
