Подповерхностная тактильная томография стала возможна благодаря бионическим пальцам
Благодаря развитию тактильного восприятия у биороботов ученые способны получать информацию о состоянии поверхности объектов, такую как их форма, текстура, жесткость и мягкость. Однако остается вопрос, как получить информацию о том, что находится под поверхностью. Чтобы устранить такое ограничение, исследователи разработали чувствительный бионический палец, способный генерировать послойные изображения внутренней структуры материалов благодаря проведению подповерхностной тактильной томографии. Бионический палец оснащен встроенной системой тактильной обратной связи, количественно реагирующей на силу. Для создания изображений срезов устанавливается ряд пороговых значений, соответствующих приложенной силе. Технология была продемонстрирована путем реконструкции подповерхностного 3D-профиля как искусственной человеческой ткани, так и схемы контура электрического устройства.
Сейчас информация о внутреннем состоянии материалов и объектов получается с помощью таких технологий, как рентгеновская компьютерная томография (КТ), ультразвуковая томография, магнитно-резонансная томография (МРТ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), профилометр и оптический КТ. Хотя эти методы предлагают полезную информацию о структуре материалов, они имеют определенные ограничения, такие как влияние ионизирующего излучения, низкое разрешение и длительное время сканирования. Бионический смарт-палец предлагает альтернативный не оптический способ неразрушающего тестирования человеческого тела и гибкой электроники.
Чувствительный бионический палец имеет пучки из углеродного волокна в качестве механорецепторов, увеличивающих вероятность квантового туннелирования электронов между каждыми двумя углеродными волокнами во время их сжатия, что приводит к снижению поперечного сопротивления волокон. Бионический палец может реагировать на силу количественно и существует линейная зависимость между силой и порогом. Когда бионический палец касается материала, кожа испытывает механическую деформацию, такую как сжатие, растяжение или стягивание. Такие деформации стимулируют механорецепторы излучать электрические импульсы, проходящие через центральную нервную систему в соматосенсорную кору головного мозга, где они интегрируются для распознавания характеристик материала.
В отличие от оптических методов, требующих, чтобы материалы были прозрачными, бионический смарт-палец может распознавать не только поверхностные, но и подповерхностные характеристики материалов, даже если поверхностный слой мягче внутреннего. Подповерхностная тактильная томография бионического пальца может предложить другую стратегию получения подповерхностной или внутренней информации о материалах, которая совместима с биороботами.
Бионический палец может предложить несколько потенциальных преимуществ. Его применение не предусматривает инвазивных, разрушительных или оптических способов исследования поверхностей, что делает его использование более безопасной альтернативой текущим методам получения изображений материалов. Он способен предоставить изображение быстрее по времени и с более высоким уровнем разрешения, чем современные ультразвуковые и МРТ методы. Подповерхностная тактильная томография бионического смарт-пальца может быть особенно полезной для биомедицинской визуализации, например для обнаружения опухолей или переломов костей. Кроме того, его можно использовать в электронной промышленности для обнаружения дефектов или проверки внутренней структуры электронных компонентов.