Vibrisse elettroniche per far “sentire” i robot
Grazie alla nanotecnologia si sono ottenuti pelle ed impianti oculari elettronici. Ora siamo vicini alla creazione di vibrisse elettroniche, o “E-whiskers” in grado di far “sentire” ai robot piccolissime sollecitazioni dall’ambiente circostante.
I ricercatori della Berkley Lab [1] e la University of California (UC) a Berkley hanno creato sensori tattili molto simili alle vibrisse di gatti e ratti, fatti però di pellicole composite realizzate in nanotubuli di carbonio e nanoparticelle di argento, .
Queste strutture riescono a reagire a pressioni molto lievi, anche alla scala di un singolo Pascal, comparabile a quella di un biglietto di un dollaro che preme sulla superficie di un tavolo.
Questi nuovi dispositivi hanno una vasta gamma di potenziali applicazioni possibili ed offrono ai robot nuove abilità di “vedere” e di “sentire” l’ambiente che li circonda.
“Le vibrisse sono sensori tattili simili a capelli, usati da alcuni mammiferi e insetti per monitorare il vento e muoversi attorno ad ostacoli in spazi angusti”, spiega il leader della ricerca, Ali Javey, scienziato di facoltà al Lab’s Materials Sciences Division di Berkeley e professore di ingegneria elettronica ed informatica alla UC Berkeley. “Le nostre vibrisse elettroniche consistono di lunghe fibre elastiche con un alto “rapporto d’aspetto” [NdR: cioe’ la capacita’ di allungarsi senza rompersi] rivestite di un film composito ad alta conduttività contenente nanotubuli e nanoparticelle. Nei test queste vibrisse erano 10 volte più sensibili alla pressione di tutte gli altri sensori di pressione riportati, sia capacitivi che resistivi”
Javey e il suo gruppo di ricerca sono stati leader nello sviluppo di pelle elettronica (E-skin) e di altri dispositivi elettronici flessibili in grado di interfacciarsi con l’ambiente e, in questo loro ultimo sforzo, è stata usata una pasta di nanotubuli di carbonio per formare un matrice di rete elettricamente conduttivo e con un ottima flessibilità. A questa matrice di nanotubi è stato caricato un sottile film di nanoparticelle di argento che ha dato alla matrice una alta sensibilità alle sollecitazioni meccaniche.
“La sensibilità allo sforzo e la resistività elettrica del nostro film composito viene facilmente regolato cambiando il rapporto della composizione dei nanotubuli di carbonio e delle nanoparticelle d’argento”. dice Javey. “Il composto può poi essere verniciato oppure stampato su fibre con un’alto rapporto d’aspetto per formare vibrisse elettroniche, integrabili con diverse interfacce”
Javey fa notare che l’uso di fibre elastiche con un bassa costante elastica, così come la componente strutturale delle vibrisse, forniscono una grande deflessione e quindi elevate sollecitazioni in risposta alle più piccole pressioni che vengono applicate.
Come verifica sperimentale del progetto, il dottor Javey ed il suo gruppo di ricerca hanno usato con successo le loro vibrisse elettroniche per evidenziare la capacita’ di mappature 2D e 3D dei flussi di vento, con un elevato grado di accuratezza. In futuro, questi “baffi” elettronici potrebbero essere utilizzati per veicolare il rilevamento tattile per la mappatura spaziale degli oggetti circostanti, e potrebbe anche portare alla creazione di sensori indossabili per la misurazione del battito e della frequenza cardiaca.
“I nostri “e-whiskers” rappresentano un nuovo tipo di sensori altamente reattivi, adatti al monitoraggio in tempo reale degli effetti ambientali” spiega Javey. “La facilità di fabbricazione, la leggerezza e le ottime prestazioni delle nostre vibrisse dovrebbe avere una vasta gamma di applicazioni per la robotica avanzata, per interafacce uomo-macchina e applicazioni biologiche”.
Un documento che descrive questa ricerca è stato pubblicato sul Proceedings of the National Academy of Sciences ed è intitolato “Highly sensitive electronic whiskers based on patterned carbon nanotube and silver nanoparticle composite films” Javey è l’autore corrispondente mentre i co-autori sono Kuniharu Takei, Zhibin Yu, Maxwell Zheng, Hiroki Ota e Toshitake Takahashi.
La ricerca è stata sostenuta dalla Defense Advanced Research Projects Agency.
Daniel Iversen
10 febbraio 2014
[1] http://newscenter.lbl.gov/science-shorts/2014/01/20/e-whiskers/
