Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) разработали эластичный датчик воздушного давления повышенной точности, используя эффекты, сымитированные водоотталкивающими структурами листьев лотоса. Об этом сообщает сайт The Robot Report. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Обычные датчики, измеряющие давление воздушной среды, часто имеют проблемы с точностью и стабильностью. Они могут показывать разные результаты, когда фактически один и тот же уровень давления применяется неоднократно, или игнорировать незначительные изменения давления. Кроме того, эти устройства обычно изготавливаются из жестких и механически негибких материалов.
Исследовательская группа NUS поставила целью устранить эти недостатки в измерении давления. В своей новой разработке, названной eAir, сингапурские ученые черпали вдохновение из природного явления, называемого «эффектом листьев лотоса» – когда капли воды легко скатываются с поверхности листьев этого растения. Это происходит за счет особой водоотталкивающей микроструктуры листьев лотоса.
Исследователи имитировали «эффект листьев лотоса», применив свойства их микроструктуры в качестве инструмента, чувствительного к давлению. Датчик eAir имеет конструкцию пневматической пружины, в которой сенсор с микроструктурированной поверхностью содержит захваченный слой воздуха. Этот воздух образует границу раздела «воздух-жидкость» при контакте с жидкостью датчика.
По мере увеличения внешнего давления слой воздуха сжимается. Поверхностная обработка обеспечивает движение интерфейса внутри датчика без трения, что вызывает изменение электрических сигналов, точно отражающих оказываемое давление.
«Датчик, похожий на миниатюрный «измеритель емкости», может обнаруживать мельчайшие изменения давления – отражая эффект высокой чувствительности листа лотоса даже к чрезвычайно легкому прикосновению капли воды», – пояснил ведущий исследователь Бенджамин Ти, доцент отделения дизайна и инженерии Колледжа NUS и научный сотрудник Института медицинских инноваций и технологий при NUS.
Устройства eAir могут быть изготовлены размером в несколько миллиметров, что сравнимо с размерами многих типов существующих датчиков давления. Эта технология потенциально может быть использована для выполнения лапароскопических операций, обеспечивая тактильную обратную связь для хирургов, что приводит к более точным манипуляциям с тканями пациента.
«Когда хирурги проводят минимально инвазивные операции, такие как лапароскопическая или роботизированная хирургия, при этом имеются средства контролировать захватные устройства, но пока что нет возможности точно чувствовать, что и как захватывают конечные исполнительные устройства. Следовательно, хирурги вынуждены полагаться на собственное зрение и многолетний опыт, чтобы получать критически важную информацию, которую в противном случае могло бы предоставить осязание», – отметил д-р Каан Хунг Ленг, консультант отдела общей хирургии Национального института хирургии при Университетской больнице и специалист Медицинской школы NUS.
По оценкам разработчиков, устройство eAir также можно использовать для улучшения лечебных и оздоровительных процедур для пациентов, когда речь идет о лечении различных нарушений, связанных с мозгом, – от сильных головных болей до потенциального повреждения мозга. Например, новый, более точный и чувствительный датчик может предложить менее инвазивные средства мониторинга внутричерепного давления – важного показателя здоровья для людей с неврологическими заболеваниями.