Принцип действия датчиков давления для роботов позаимствовали у скорпионов

Природа, гениальный инженер, снова приходит на помощь ученым. Вдохновившись скорпионами, они разработали новые датчики давления — для роботов и не только.

В современной технике датчики давления чрезвычайно востребованы — от медицинских устройств и промышленных систем управления до робототехники и интерфейсов «человек-машина». Чаще всего в этой роли применяются кремниевые пьезорезистивные датчики. Простые и доступные, эти сенсоры обладают критичным ограничением. Они не могут быть сверхчувствительными к изменениям и при этом эффективно работать в широком диапазоне давлений — приходится выбирать что-то одно.

За миллионы лет эволюции природа нашла решение этой проблемы, чем не преминули воспользоваться китайские ученые. Они скопировали механосенсорные системы скорпионов, которыми те превосходно ощущают окружающую среду. Скорпионьи сенсоры устроены так: крошечные волоски (трихоботрии) растут из щелевидных пор в панцире. Действуя как рычаг, совместно с мембраной, в которой встроены механорецепторные нейроны (сенсиллы), они улавливают и усиливают слабейшие колебания — вплоть до дуновения легкого ветерка.

Датчик «как у скорпионов» описан в журнале Science Advances. Он включает миниатюрные ловушки напряжения для имитации щелей и блоки подавления изгиба, выполняющие роль волосков. При размещении на верхней части компьютерного чипа ловушки напряжения повышают чувствительность сенсора, а блоки подавления изгиба в нижней части чипа улучшают его точность.

Чтобы проверить свою концепцию в реальном мире, исследователи интегрировали датчик с системой глубокого обучения и установили его на шестиногих роботах. Роботы смогли имитировать способность скорпиона ощущать окружающую среду, обнаруживая малейшие изменения давления воздуха вокруг себя.

Эти «роботы-скорпионы» легко уклонялись от надвигающихся картонных коробок, как только чувствовали приближающиеся объекты, воспринимая их как крупных «хищников», и быстро двигались к маленьким коробкам, которые они определяли как «добычу».

Вдохновленные скорпионами датчики стали важным шагом на пути к созданию более интуитивных и адаптивных роботов, которым они могут обеспечить гораздо лучшее восприятие окружающей среды, улучшить избегание столкновений и упростить работу в условиях ограниченной видимости, например в темноте, в дыму или пыли. Эта технология также может быть полезной для мониторинга здоровья, позволяя более точно обнаруживать сигналы давления от тела, такие как слабое сердцебиение или едва ощутимый пульс.

Глаз насекомого вдохновил ученых на создание суперкамеры

В Китае обнаружили самого большого окаменелого скорпиона эпохи мезозоя

Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram