Эти бионические пальцы используют чувство осязания для электронного "видения" человеческих тканей.

Кончики пальцев человека являются высокочувствительными инструментами для восприятия объектов в окружающей среде с помощью чувства осязания. Команда китайских ученых создала бионический палец, который имитирует основные механизмы восприятия и включает в себя систему обратной связи, способную воспринимать сложные объекты и обнаруживать детали под поверхностным слоем, говорится в статье, опубликованной в журнале Cell Reports Physical Science.

Соавтор работы Цзяньи Луо из Университета Вуйи сказал: "Мы вдохновились человеческим пальцем, который обладает самым чувствительным восприятием прикосновений из всех известных. Например, когда вы прикасаетесь пальцами к собственному телу, вы можете почувствовать не только текстуру кожи, но и контуры костей под ней". Эта сенсорная технология открывает путь к неразрушающему тестированию человеческого тела и гибкой электронике".

По словам авторов, ранее разработанные искусственные сенсорные датчики могут распознавать и различать только внешнюю форму, текстуру поверхности и твердость. Однако они не могут воспринимать информацию о подповерхностном слое этих материалов. Для этого обычно требуются оптические методы, такие как, например, компьютерная томография (КТ), ПЭТ-сканирование, ультразвуковая визуализация (сканирование внешней поверхности материала для восстановления изображения его внутренней структуры) и магнитно-резонансная томография. Однако все эти методы имеют недостатки. Аналогично, для измерения формы и шероховатости поверхности часто используется оптическая профилометрия, но она может применяться только для прозрачных материалов.

Когда мы прикасаемся к чему-либо пальцами, кожа претерпевает механическое изменение формы, например, сжатие или растяжение, что вызывает электрические импульсы в механорецепторах. Эти импульсы проходят через центральную нервную систему в соматосенсорную кору головного мозга. Мозг интегрирует эти электрические импульсы, чтобы определить свойства объекта, к которому прикасаются. Эта тактильная обратная связь позволяет нам определить форму, текстуру поверхности, твердость и мягкость материала.

Интеллектуальный бионический палец имитирует эту систему обратной связи. Металлический цилиндр, прикрепленный к верхней части пальца, служит в качестве контактного наконечника, а блок из углеродного волокна - в качестве тактильного механорецептора (чувствительного элемента). Все это подключено к блоку обработки сигнала. Палец "сканирует" поверхность объекта и оказывает давление, "толкая" и "ударяя" через равные промежутки времени. Затем углеродное волокно сжимается, и степень сжатия дает информацию о твердости или мягкости материала. Эта информация, а также информация о точке на поверхности, которая была зафиксирована, передается на компьютер, который преобразует данные в трехмерную карту.

Авторы использовали бионический палец для выполнения ряда сложных тестов. Например, они проверяли способность распознавать и наносить на карту твердую букву "А" под мягким слоем силикона (см. видео выше) и другие абстрактные фигуры. Они также смогли различить твердые и мягкие материалы и определить мягкий внешний слой силикона.

Кроме того, они напечатали на 3D-принтере физическую модель человеческой ткани, состоящую из трех слоев твердого полимера (для "скелета") и внешнего слоя мягкого силикона (для "мышц"). Бионический палец успешно просканировал и воссоздал 3D-профиль структуры ткани модели, включая расположение "кровеносных сосудов" под слоем "мышц".

Наконец, бионический палец был протестирован на вышедшем из строя электронном устройстве и успешно составил карту внутренних компонентов. Палец смог определить, где были отключены электрические цепи, и найти случайно просверленные отверстия без разрыва окружающих внешних слоев. "Далее мы хотели бы развить все направленную сенсорную способность этого бионического пальца, используя различные материалы поверхности", - говорит Луо.