Мягкий, эластичный электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов.

Команда исследователей под руководством Калифорнийского университета в Сан-Диего разработала мягкое, эластичное электронное устройство, способное имитировать ощущение давления или вибрации при ношении на коже. Об этом устройстве сообщается в статье, опубликованной в Наука Робототехникапредставляет собой шаг к созданию тактильных технологий, которые могут воспроизводить более разнообразный и реалистичный диапазон сенсорных ощущений.

Устройство состоит из мягкого, растягивающегося электрода, прикрепленного к силиконовому пластырю. Его можно носить как наклейку на кончике пальца или предплечье. Электрод, находящийся в непосредственном контакте с кожей, подключен к внешнему источнику питания с помощью проводов. Посылая слабый электрический ток через кожу, устройство может вызывать ощущения давления или вибрации в зависимости от частоты сигнала.

«Наша цель — создать носимую систему, которая может передавать широкий спектр тактильных ощущений с помощью электрических сигналов, не вызывая боли у пользователя», — говорит соавтор исследования Рэйчел Блау, научный сотрудник в области наноинженерии в Школе инженерии Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Существующие технологии, воссоздающие ощущение осязания посредством электростимуляции, часто вызывают боль из-за использования жестких металлических электродов, которые плохо прилегают к коже. Воздушные зазоры между этими электродами и кожей могут привести к возникновению болезненных электрических токов.

Чтобы решить эти проблемы, Блау и группа исследователей под руководством Даррена Липоми, профессора кафедры химической и наноинженерии имени семьи Айисо Юфэн Ли Калифорнийского университета в Сан-Диего, разработали мягкий, эластичный электрод, который идеально прилегает к коже.

Электрод изготовлен из нового полимерного материала, сконструированного из строительных блоков двух существующих полимеров: проводящего, жесткого полимера, известного как PEDOT:PSS, и мягкого, эластичного полимера, известного как PPEGMEA. «За счет оптимизации соотношения этих [polymer building blocks]мы с помощью молекулярной инженерии создали материал, который является одновременно проводящим и растягивающимся», — сказал Блау.

Полимерный электрод вырезается лазером в форме пружины, концентрической конструкции и прикрепляется к силиконовой подложке. «Такая конструкция повышает растяжимость электрода и гарантирует, что электрический ток воздействует на определенное место на коже, обеспечивая тем самым локализованную стимуляцию и предотвращая любую боль», — сказал Абдулхамид Абдал, доктор философии. студент факультета машиностроения и аэрокосмической техники Калифорнийского университета в Сан-Диего и еще один соавтор исследования. Абдал и Блау работали над синтезом и изготовлением электрода вместе со студентами бакалавриата по наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего И Ци, Энтони Наварро и Джейсоном Чином.

В ходе испытаний электродное устройство носили на предплечье 10 участников. В сотрудничестве с учеными-бихевиористами и психологами из Амстердамского университета исследователи впервые определили самый низкий обнаруживаемый уровень электрического тока. Затем они отрегулировали частоту электрической стимуляции, позволив участникам испытывать ощущения, классифицируемые как давление или вибрация.

«Мы обнаружили, что при увеличении частоты участники ощущали больше вибрации, а не давления», — сказал Абдал. «Это интересно, потому что с биофизической точки зрения никогда не было точно известно, как ток воспринимается кожей».

Новые идеи могут проложить путь к разработке современных тактильных устройств для таких приложений, как виртуальная реальность, медицинское протезирование и носимые технологии.