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兩個研究小組展示了在製造能夠模仿人類皮膚能力的人工感測器方面取得的進展，這項進步可以賦予機器人更精密的觸覺。
儘管各團隊在其裝置中使用了不同的技術，但每個團隊都生產出一種柔性感測器網格，能夠記錄僅幾千帕的壓力，這相當於人類皮膚上的輕微觸控。這兩個研究小組於9月12日在Nature Materials線上發表的論文中公佈了他們的實驗結果。（大眾科學是自然出版集團的一部分。）
加州大學伯克利分校的電氣工程師、一項新研究的作者Ali Javey說：“目標是真正開發一種材料系統，使其功能非常類似於我們的人類皮膚。” Javey的研究小組構建了一個相對較大的墊子，邊長七釐米，包含342個帶有奈米線電晶體的獨立感測器畫素。整個網格覆蓋著一層柔性層，即使在輕微壓縮下，其電氣屬性也會發生變化。“當你施加壓力時，橡膠的導電效能會發生變化，”Javey說——底層感測器畫素可以檢測到這種變化。該小組展示了感測器陣列感知零到15千帕壓力的能力，Javey說這大致符合人類在處理日常物體時遇到的範圍。
該小組透過彎曲其裝置2000多次來測試其柔韌性，之後研究人員報告稱，感測器的效能基本保持不變。“它們非常靈活，”Javey說。“主要原因是我們使用的活性材料由非常薄的奈米級材料組成。”
斯坦福大學的另一個獨立研究小組將其感測器技術基於電晶體，該電晶體包含一層橡膠層，橡膠層上印有微米級凸起結構，如金字塔或柱子。橡膠層的區域性厚度會隨著壓力的變化而變化，同時，微結構之間捕獲的空氣暫時移位，其區域性成分也會發生變化。這兩種效應都有助於改變該層的電容，當結合到電晶體中時，電容的變化會帶來可檢測到的電流變化。
微結構還提高了橡膠層的彈性，一旦壓力源從感測器上移除，就可以實現毫秒級的更快復位時間。斯坦福大學材料科學家和該研究的作者鮑哲南說：“如果我們在小結構之間開啟一些空間，那麼橡膠就有擴充套件的空隙空間，它們可以更像彈簧一樣反彈回來。”
斯坦福大學的研究小組展示了，在橡膠層頂部放置一隻單獨的麗蠅，僅增加0.003千帕的壓力，電容就發生了可測量的變化。當整合到電晶體中時，該小組的壓力感測器記錄的壓力範圍為零到大約18千帕。然而，該電晶體組裝在剛性矽晶片上，而真正類似皮膚的實現需要更柔韌的基板。她說她的團隊目前正在研究這種方法。
然而，鮑哲南和她的同事確實在一個更簡單的裝置中展示了他們的微結構彈性層的柔性潛力。他們構建了一個柔性面板，每個方向都有八個交叉電極，其交叉點形成一個64畫素的感測器，能夠記錄其表面上僅幾克質量的重量，相當於約16千帕的壓力。
Javey承認，擴大感測器陣列的尺寸和縮小畫素尺寸將是一個挑戰。但是應用將是廣泛的。“對於機器人技術，人們對開發這種人工皮膚以賦予機器人觸覺非常感興趣，”他說。生產更逼真的假肢是另一種可能性，儘管很可能這是一個更長遠的目標。“在這方面，真正具有挑戰性的是皮膚如何與我們的大腦連線，”Javey說。
除了機器人和假肢應用外，鮑哲南還設想了可植入感測器來監測血壓，或者汽車的方向盤可以感應到駕駛員何時打瞌睡並鬆開了握力。“有很多方向，所以我們對此感到非常興奮，”她說。