Первоначально разработанные для робототехники, электронные скины имитируют свойства настоящей кожи. Они могут наделить роботов чувством осязания или заменить утраченные чувства у людей. Некоторые могут даже обнаруживать химические вещества или магнитные поля. Но и у этой технологии есть свои пределы. Высокофункциональные электронные скины часто непрактичны, поскольку они опираются на обширную электронику и большие аккумуляторы. "Предыдущие технологии использовали множество отдельных датчиков и транзисторов для локализации источников магнитного поля, подобно сенсорным датчикам на дисплее смартфона. Наша идея состояла в том, чтобы разработать более энергоэффективную систему, которая больше похожа на нашу мягкую человеческую кожу и, следовательно, лучше подходит для людей", - говорит Денис Макаров из Института физики ионных пучков и исследований материалов HZDR.

Легче, гибче, умнее

Поэтому исследователи заменили жесткие, громоздкие подложки, на которых обычно размещается электроника, тонкой, легкой и гибкой мембраной толщиной всего в несколько микрометров. Вся мембрана оптически прозрачна и перфорирована, что делает искусственную кожу проницаемой для воздуха и влаги, позволяя настоящей коже под ней дышать.

Однако такая ультратонкая мембрана может вместить ограниченное количество электронных компонентов. Вот почему новые электронные оболочки оснащены магниточувствительным функциональным слоем, который действует как глобальная сенсорная поверхность для точной локализации источника магнитных сигналов. Поскольку магнитные поля изменяют электрическое сопротивление материала, центральный блок анализа способен рассчитать местоположение сигнала на основе этих изменений. Это не только имитирует функционирование настоящей кожи, но и экономит энергию.

Искусственная кожа для сенсорного восприятия, близкого к человеческому

"Такие магниточувствительные смарт-скины большой площади являются новинкой", - говорит Павел Макушко, аспирант HZDR и первый автор исследования. "Концептуально электронные скины теперь больше похожи на человеческое тело. Независимо от того, где я прикасаюсь к настоящей коже, сигнал всегда передается по нервам в мозг, который обрабатывает сигнал и регистрирует точку соприкосновения. Наши электронные скины также имеют единую глобальную сенсорную поверхность - точно так же, как и наша кожа. И один-единственный центральный процессор восстанавливает сигнал - точно так же, как наш мозг.

Это стало возможным благодаря томографии, методу, который также используется для медицинской МРТ или компьютерной томографии. Он восстанавливает положение сигнала по большому количеству отдельных изображений. Эта технология является новой для электронных оболочек с датчиками магнитного поля - ранее она считалась слишком нечувствительной из-за низкой контрастности сигнала обычных магниточувствительных материалов. Тот факт, что мы проверили этот метод экспериментально, является главным техническим достижением работы, как подчеркивает Макушко.

Познание нашего окружения с помощью магнетизма

Новые электронные скины легко отслеживают пути прохождения сигнала, позволяя приложениям распознавать цифровые рисунки, написанные магнитным стилусом, бесконтактное взаимодействие в виртуальной реальности или управление смартфоном в экстремальных условиях, даже при погружении. Часто носителем магниторецептивной искусственной кожи является не человек, а машина.

В то же время датчики магнитного поля менее чувствительны к помехам, чем обычная электроника. Роботизированные системы могли бы использовать их для обнаружения движений даже в сложных условиях, где другие методы терпят неудачу. Зимой пользователи могли управлять смартфоном, оснащенным оптически прозрачными магнитными датчиками, с помощью магнитной накладки на кончике пальца перчатки без вмешательства сторонней электроники. Магниторецепция не действует как компас, но предлагает уникальный канал связи между людьми и машинами.