Quei graziosi baffi che vedi sul tuo animale domestico non si limitano a contorcersi in modo adorabile. Il lungo, i peli sporgenti sono in realtà recettori tattili, inviare informazioni vitali sull'ambiente circostante al cervello e aiutare gli animali a dare un senso al loro ambiente.

Incuriosito dalla versatilità dei capelli, I ricercatori dell'Università del Texas a Dallas hanno utilizzato polimeri a memoria di forma per creare versioni elettroniche chiamate e-baffi, che imitano le proprietà della cosa reale. Descrivono il loro lavoro in un articolo pubblicato di recente sulla rivista Materiale avanzato .

Le strutture simili a capelli sono un progresso significativo verso l'ingegneria elettronica della pelle umana, secondo i ricercatori che li hanno assemblati.

Sensori di tenuta

"Ci sono alcuni esempi davvero interessanti nel regno animale di come i baffi siano utili per sondare e interrogare l'ambiente, " ha detto Jonathan Reeder BS'12, Ph.D.'16, autore principale dello studio che ha condotto la ricerca come studente di dottorato presso la Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science.

I sigilli sono un buon esempio, Egli ha detto.

"Le foche usano lunghi baffi per un rilevamento molto complesso. Quando nuotano nell'acqua, i loro baffi sentono effettivamente il flusso dell'acqua mentre vanno, " disse Reeder, che ora è ricercatore post-dottorato presso la Northwestern University. "Sono stati condotti test in cui una foca bendata troverà un pesce che nuota nella piscina e può effettivamente rintracciare il pesce in base alla turbolenza. Il pesce disturba l'acqua, l'acqua disturba i baffi della foca, e questo gli fornisce informazioni su dove si trova il pesce. È la struttura 3-D dei baffi che consente queste funzionalità avanzate".

Reeder è andato a lavorare creando la sua versione di un baffo, insieme al suo mentore di dottorato, Dott. Walter Voit BS'05, MS'06. Voi, un professore associato di scienza dei materiali e ingegneria e ingegneria meccanica, è un autore del documento.

I contorni dei baffi elettronici sono stati ritagliati da un foglio piatto di polimero a memoria di forma, che è rigido a temperatura ambiente ma diventa flessibile quando riscaldato. Un sensore di deformazione flessibile è stato modellato sopra ogni baffo, che aveva circa lo stesso diametro di un capello umano e rimaneva attaccato al lenzuolo.

Quando i ricercatori hanno soffiato aria calda attraverso il fondo dei ritagli, il materiale è diventato morbido e flessibile, permettendo ai mignoli (o baffi elettronici) di alzarsi e diventare tridimensionali. Una volta assemblati gli e-baffi, i disturbi hanno indotto cambiamenti nella resistenza del sensore di deformazione che ha consentito il tracciamento preciso di ogni posizione del baffo elettronico.

"Abbiamo creato una delle più alte densità di baffi elettronici fino ad oggi, " Disse Voit. "Quando hai molti sensori come questo che possono essere trascinati su una superficie, puoi quindi usarli per misurare molte proprietà interessanti. I nostri e-baffi sono stati in grado di rilevare la forza, pressione, prossimità, temperatura, rigidità e topografia. Mentre sfiorano o sfrecciano su vari materiali, imitano le capacità di rilevamento della pelle umana."

Replicare le funzioni della pelle

I ricercatori hanno affermato che la robotica e le protesi potrebbero essere due delle più grandi applicazioni per gli e-baffi.

"Molti robot raccolgono già informazioni tattili dal loro ambiente fisico. Tuttavia, i sensori tradizionali mancano della complessità e della ricchezza del tocco umano. Con baffi elettronici, possiamo aumentare i tipi di informazioni che possono essere ottenute quando si sfiora un sensore su una superficie, " Reeder ha detto. "Nella robotica, Gli e-baffi potrebbero replicare le funzionalità della pelle umana determinando ciò che è duro e morbido, caldo e freddo, liscio e ruvido. Potrebbero consentire al robot di identificare gli oggetti e interagire con essi in sicurezza, rendendo i robot più 'umani amichevoli'".

L'integrazione degli e-baffi con una protesi può essere più difficile.

"L'integrazione diretta dei sensori elettronici con la biologia è l'applicazione più avvincente, ma presenta una serie di sfide difficili, " Reeder ha detto. " Vale a dire, come tradurre i segnali elettronici generati dal sensore nel 'linguaggio' del sistema nervoso, e come formare un accoppiamento meccanico ed elettrico stabile tra l'elettronica flessibile e i tessuti molli."

In definitiva, gli scienziati vorrebbero non solo replicare la funzione umana con le protesi, ma miglioralo.

"La sensibilità degli e-baffi ai cambiamenti nella topologia della superficie e nella temperatura, così come il tempo di risposta dei sensori, tutti superano le capacità della pelle umana di almeno un ordine di grandezza, " Ha detto Reeder. "Non è impossibile per una persona con una protesi avere effettivamente una sensibilità migliore rispetto alla mano umana".

Altri ricercatori di UT Dallas coinvolti nel lavoro erano lo studente laureato in ingegneria meccanica Tong Kang e la studentessa universitaria in bioingegneria Sarah Rains.