Представьте себе iPad или Kindle для слепых, с раздуваемыми шрифтами Брайля, которые меняют форму под прикосновением пользователя. Специалисты из Корнелльского университета, США создали важнейший компонент для такой технологии: Тактильный массив плотно упакованных датчиков, которые заставляют "точки" из силиконовой мембраны "надуваться" при горении.
Работа команды "Бесклапанное микролитровое сгорание для плотно упакованных массивов мощных мягких силиконовых элементов" опубликована 28 сентября в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Ведущий автор - докторант Рональд Хайсер.
Одним из основных препятствий при разработке динамического дисплея Брайля для электроники является определение того, как приложить необходимое усилие для каждой точки. По словам Роба Шепарда, доцента кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Инженерного колледжа и старшего автора статьи, в предыдущих попытках обычно использовались двигатели, гидравлика или привязанные насосы - все это достаточно громоздко, сложно и дорого.
Бесклапанное микролитровое сгорание для плотно упакованных массивов мощных мягких силиконовых элементов
"Сейчас не существует чего-либо, что может менять свою форму таким образом, что это можно почувствовать, как реальные объекты. Существует компромисс между небольшими актуаторами, размером, весом и стоимостью. Это очень непросто", - сказал Шепард. "Все пытаются использовать электромеханические системы. А мы сказали: "А что, если вообще обойтись без этого и использовать горение". Небольшие объемы газа могут создавать мощные импульсы".
Команда из Корнелла в сотрудничестве с исследователями из Техниона - Израильского технологического института - разработала систему, состоящую в основном из формованного силикона и микрожидкостных металлических дорожек, в которой электроды из жидкого металла вызывают искру для воспламенения микроскопического объема предварительно смешанного метана и кислорода. В их конструкции топливо проходит через ряд независимых каналов, каждый из которых ведет к приводу шириной 3 миллиметра. Быстрое сгорание заставляет тонкую силиконовую мембрану на каждом участке раздуваться на несколько миллиметров. Магнитная система фиксации придает этим точкам устойчивую форму, и вся система может быть сброшена простым нажатием на них.
Поскольку нет необходимости в электромеханических сенсорах, приводы могут быть упакованы более плотно друг к другу, в результате чего получается более компактная, потенциально портативная система, которая, тем не менее, способна производить большие перемещающие импульсы с высокой силой менее чем за 1 миллисекунду. А поскольку приводы из жидкого эластомера быстро охлаждаются, и им требуется так мало топлива, промышленная модель может безопасно эксплуатироваться.
Система также имеет возможность растягиваться и адаптироваться, и исследователи ожидают, что она может быть использована в различных приложениях, таких как мягкие роботы и носимое оборудование виртуальной реальности, имитирующее искусственное осязание. Биосовместимые компоненты также могут быть использованы для хирургических инструментов, которые манипулируют тканями или открывают заблокированные проходы у пациентов.
В настоящее время система состоит из девяти элементов из жидкого эластомера, но исследователи надеются увеличить ее масштаб и в конечном итоге создать полноценный электронный тактильный дисплей.
"В течение последних 30 лет или даже более люди пытались упаковать элементы управления в массив, располагая их очень близко друг к другу", - сказал Хайссер. "Осязание, в некотором смысле, более родственно нам, чем зрение. У этой технологии есть реальный потенциал. Я думаю, что наша работа показывает, что существует множество вариантов решения этой проблемы. Химическое управление - это действительно не то, что должно быть проигнорировано".
Исследование было поддержано Национальным научным фондом, Управлением научных исследований ВВС США и Фондом Слоуна.
Многие компоненты команды были изготовлены в Лаборатории атомной физики и физики твердого тела (LASSP) .
Источник: https://news.cornell.edu/
