В ходе исследования было обнаружено, что недорогие композиты из кремнийкаучука, используемые для изготовления кожи, содержат изолирующий слой на верхней и нижней поверхностях, что предотвращает прямой электрический контакт между чувствительным полимером и электродами контролирующей поверхности, делая точные и воспроизводимые измерения практически невозможными. Устранив ошибку, дешевые роботизированные оболочки могли бы позволить роботам имитировать человеческое прикосновение, позволяя им ощущать изгибы и края объекта, необходимые для правильного его восприятия.

В статье, опубликованной в журнале Advanced Electronic Materials, междисциплинарная команда исследователей, объединяющая инженеров-электриков и специалистов по полимерным материалам, проливает свет на эту проблему и предлагает практические шаги для проверки электрических контактов, которые, по словам Мэтью Грейсона, профессора Северо-Западного университета, могут неосознанно снижать производительность устройства. электротехника и вычислительная техника в инженерной школе Маккормика.

"Многие ученые неправильно понимают реакцию своих датчиков, потому что они смешивают поведение контактов с поведением материала датчика, что приводит к противоречивым данным", - сказал Грейсон. "Оказывается, если вы не осведомлены об этой проблеме, вы можете публиковать статьи, которые никто не сможет воспроизвести. Наша работа выявляет точную проблему, количественно оценивает ее масштабы как микроскопически, так и электрически и дает четкое пошаговое руководство по устранению неполадок для устранения проблемы".

Каучук, который можно использовать для изготовления обычной роботизированной кожи, называемый эластомером, является гибким, легким и недорогим, а при добавлении в смесь электропроводящих наполнителей, таких как углеродные нанотрубки, полученный композит становится идеальным кандидатом для сенсорного датчика, сопротивление которого локально изменяется при нажатии. Но для приема электрических сигналов с датчиками необходимо установить электрический контакт, и исследователи обнаружили тонкий изолирующий слой, постоянно присутствующий в таких композитах, который может кардинально изменить поведение контактов. Просто отшлифовав ультратонкий изоляционный слой, команда смогла добиться гораздо более прочного электрического контакта и откалибровать толщину изоляционного слоя как электрически, так и микроскопически.

"Все интересное происходит на интерфейсе", - говорит соавтор и профессор Тель-Авивского университета Ноа Лахман. "Эта публикация не только показывает важность сенсорных интерфейсов, но и важность работы на стыке двух различных дисциплин: материаловедения и электротехники. Специалисты по материалам в течение многих лет подозревали наличие этого изолирующего внешнего слоя в проводящих полимерных композитах, но не могли понять его электрических эффектов. У каждого из нас есть по одному кусочку головоломки, но только вместе мы сможем получить целостную картину".

Робототехника, в частности, может быть сложной отчасти потому, что она требует очень многих видов знаний. Например, специалист по полимерным материалам, разрабатывающий функциональный электронный материал для робота, не имеет такой подготовки и навыков, как инженер-электрик, чья электроника будет обрабатывать сигналы датчиков. Грейсон сказал, что задача "подготовки к контакту" была именно тем, с чего начался разговор об этом исследовании.

"Вот почему наше сотрудничество с Тель-Авивом так важно - они разбираются в материаловедении, чего не знаем мы", - сказал Грейсон. "Мы полагаемся на них в подготовке материалов, которые мы изучаем, затем берем и изучаем материал, прежде чем вернуться, чтобы помочь тель-авивским материаловедам лучше охарактеризовать их материалы".

Производство новых материалов - и последующее их воспроизведение - требует согласованности во многих различных переменных, которые часто трудно или даже невозможно контролировать. Раскрывая вопрос воспроизводимости в большей части литературы по сенсорному восприятию, Грейсон призывает исследовательское сообщество придерживаться более высоких стандартов при проверке качества, описанной в статье. По мере того как осознание этой проблемы распространяется среди исследователей, на новые публикации можно более строго полагаться, чтобы продвигать эту область с новыми возможностями.

Статья была поддержана Национальным научным фондом США (NSF ECCS-1912694, NSF DMR-1720139), Северо-Западным фондом семьи Краун, Лесли и Мак Маккуоун, Тель-Авивским университетом через Центр нанонауки и нанотехнологий и Американо-Израильским двусторонним научным фондом (номер гранта BSF 2018732). Дополнительную поддержку публикации оказал Израильский инновационный проект Северо-Западного университета и Северо-западный факультет электротехники и вычислительной техники.