Электронная «кожа хамелеона»

Хамелеоны давно вдохновляют разработчиков новых устройств и материалов на создание чего-либо подобного коже этих ящериц – эластичного покрытия, способного менять цвет в ответ на внешнее воздействие. Ряд разработок вполне успешно объединяет в себе два из этих признаков – цветовую индикацию и чувствительность, например к давлению. Но электронная кожа (e-skin), созданная стэнфордскими учеными, – первая, отвечающая всем трем критериям. Основные компоненты системы – несколько слоев микроструктурированного полидиметилсилоксана (ПДМС), работающих как датчик давления, и слой электрохромного (меняющего цвет под напряжением) полимера, в качестве которого использовался поли(3-гексилтиофен-2,5-диил), ПЗГТ.

Прозрачный ПДМС меняет свое электрическое сопротивление в зависимости от приложенного к нему давления. Чтобы увеличить диапазон изменения сопротивления и, следовательно, чувствительность датчика, разработчики придали поверхности одного из слоев ПДМС структуру множества микроскопических пирамидок, покрыли ее слоем углеродных нанотрубок, а затем удалили их с самых верхушек пирамид. Изменяя размеры структурных элементов и высоту той их части, которая остается без покрытия, можно настраивать различные параметры датчика. Прикосновение к электронной коже приводит к падению сопротивления слоя-датчика и, соответственно, к увеличению напряжения, приложенного к слою ПЗГТ. Химическая структура полимера меняется, и вместе с тем меняется его цвет. Эти изменения обратимы, что можно наблюдать при снижении давления на «электронную кожу».

Пока цветовая гамма ограничивается красным, синим и некоторыми промежуточными оттенками, но ученые рассчитывают усовершенствовать свою разработку, комбинируя различные электрохромные материалы, что позволит значительно расширить отображаемый спектр. Электронная «кожа хамелеона» может найти применение при создании носимых устройств, в протезировании, робототехнике и других областях. Проблема токсичности углеродных нанотрубок решается использованием коротких одностенных трубок, которые не оказывают заметного влияния на организм, кроме того, рекомендуется заключать систему в гибкую прозрачную силиконовую оболочку.