Підповерхнева тактильна томографія стала можливою завдяки біонічним пальцям
Завдяки розвитку тактильного сприйняття у біороботів вчені здатні отримувати інформацію про стан поверхні об’єктів, таку як їх форма, текстура, жорсткість і м’якість. Однак залишається питання, як отримати інформацію про те, що знаходится під поверхнею. Щоб усунути таке обмеження, дослідники розробили чутливий біонічний палець, який здатний генерувати пошарові зображення внутрішньої структури матеріалів завдяки проведенню підповерхневої тактильної томографії. Такий біонічний палець оснащений вбудованою системою тактильного зворотного зв’язку, яка кількісно реагує на силу. Для створення зображень зрізів встановлюються ряд порогових значень, що відповідають прикладеній силі. Технологія була продемонстрована шляхом реконструкції підповерхневого 3D-профілю як штучної людської тканини, так і схеми контуру електричного пристрою.
Наразі інформація про внутрішній стан матеріалів і об’єктів отримується за допомогою таких технологій, як рентгенівська комп’ютерна томографія (КТ), ультразвукова томографія, магнітно-резонансна томографія (МРТ), позитронно-емісійна томографія (ПЕТ), профілометр та оптичний КТ. Хоча ці методи пропонують корисну інформацію про структуру матеріалів, вони мають певні обмеження, такі як вплив іонізуючого випромінювання, низька роздільна здатність і тривалий час сканування. Біонічний смарт-палець пропонує альтернативний не оптичний спосіб неруйнівного тестування людського тіла та гнучкої електроніки.
Чутливий біонічний палець має пучки з вуглецевого волокна у якості механорецепторів, які збільшують ймовірність квантового тунелювання електронів між кожними двома вуглецевими волокнами під час їх стиснення, що призводить до зниження поперечного опору волокон. Біонічний палець може реагувати на силу кількісно, і існує лінійна залежність між силою та порогом. Коли біонічний палець торкається матеріалу, шкіра зазнає механічної деформації, такої як стиснення, розтягування або стягування. Такі деформації стимулюють механорецептори випромінювати електричні імпульси, які проходять через центральну нервову систему до соматосенсорної кори головного мозку, де вони інтегруються для розпізнавання характеристик матеріалу.
На відміну від оптичних методів, які вимагають, щоб матеріали були прозорими, чутливий біонічний палець може розпізнавати не лише поверхневі, але й підповерхневі характеристики матеріалів, навіть якщо поверхневий шар м’якший за внутрішній. Підповерхнева тактильна томографія біонічного пальця може запропонувати іншу стратегію для отримання під поверхневої або внутрішньої інформації про матеріали, яка сумісна з біороботами.
Біонічний палець може запропонувати кілька потенційних переваг. Його застосування не передбачає інвазивних, руйнівних чи оптичних способів дослідження поверхонь, що робить його використання більш безпечною альтернативою поточним методам отримання зображень матеріалів. Він має потенціал для забезпечення вищої роздільної здатності зображення за менший проміжок часу, ніж сучасні ультразвукові та МРТ методи. Підповерхнева тактильна томографія біонічного смарт-пальця може бути особливо корисною для біомедичної візуалізації, наприклад для виявлення пухлин або переломів кісток. Крім того, його можна використовувати в електронній промисловості для виявлення дефектів або перевірки внутрішньої структури електронних компонентів.