Скорпионоподобные датчики давления научили роботов чувствовать воздух
Китайские исследователи разработали новый тип датчиков давления, подражая механизмам восприятия скорпионов. Созданные устройства показали высокую чувствительность и могут работать в широком диапазоне давлений одновременно.
Современные датчики давления сталкиваются с технической проблемой — невозможностью одновременно обеспечить высокую чувствительность и работу в широком диапазоне давлений. Кремниевые пьезорезистивные датчики, которые широко используются в медицине, промышленности и робототехнике, заставляют инженеров выбирать между этими характеристиками. Увеличение чувствительности обычно приводит к снижению линейности измерений и сужению рабочего диапазона.
Живые организмы за миллионы лет эволюции решили подобные задачи гораздо эффективнее. Скорпионы, обладающие слабым зрением, развили исключительно точную механосенсорную систему для выживания в сложных условиях. Их органы чувств включают два типа структур: тонкие волоски-трихоботрии, улавливающие изменения воздушных потоков, и щелевидные сенсиллы на панцире, воспринимающие вибрации от земли.
Исследователи из Цзилиньского университета детально изучили строение этих органов чувств. Они обнаружили, что щели на панцире скорпиона работают как «ловушки напряжений», концентрируя механическую энергию в шесть раз эффективнее окружающих тканей. Волоски-трихоботрии имеют специальную когтеобразную структуру у основания, которая подавляет нелинейные деформации и обеспечивает высокую точность восприятия. Научная статья опубликована в журнале Science Advances.
Ученые воспроизвели принципы работы скорпионьих сенсоров в кремниевом чипе. На верхней стороне устройства разместили горизонтальные «ловушки напряжений» вокруг четырех пьезорезисторов для усиления чувствительности. На нижней стороне создали вертикальные элементы подавления изгиба, которые уменьшают нелинейные деформации и повышают точность измерений.
Компьютерное моделирование показало преимущества биоинспирированной конструкции перед традиционными решениями. Исследователи сравнили пять различных типов мембранных структур и обнаружили, что их дизайн обеспечивает максимальную концентрацию напряжений при минимальных деформациях. Элементы подавления изгиба снизили прогиб мембраны на 31% по сравнению с обычными конструкциями.
Экспериментальные испытания подтвердили высокие характеристики нового датчика. Устройство показало чувствительность 65,56 милливольта на вольт на килопаскаль при коэффициенте линейности 0,99934 в диапазоне от нуля до 500 килопаскалей. Время отклика составило 10 миллисекунд, время восстановления — четыре миллисекунды. Датчик сохранял стабильные характеристики после 20 000 циклов нагружения.
Датчики продемонстрировали способность различать типы воздушных потоков: ламинарный, переходный и турбулентный. С помощью алгоритмов машинного обучения система распознавала приближающиеся объекты разной формы с точностью свыше 85%. Для проверки возможностей технологии ученые установили четыре датчика на шестиногого робота, который научился избегать крупные объекты как «хищников» и приближаться к мелким как к «добыче».
Робот успешно реагировал на приближение картонных коробок разного размера, двигающихся со скоростью 0,25 метра в секунду. При обнаружении малого объекта датчики выдавали сигнал 22,6 милливольта, и робот поворачивался в его сторону. Крупные объекты вызывали отклик 100,8 милливольта, заставляя робота отступать.
Новые датчики открывают широкие перспективы для робототехники и медицины. В отличие от оптических систем, они работают в темноте, при наличии дыма или тумана. Устройства могут значительно улучшить навигацию роботов в сложных условиях и найти применение в системах медицинского мониторинга для регистрации слабых физиологических сигналов. Исследователи планируют адаптировать технологию для установки на изогнутые поверхности гуманоидных роботов, что потребует решения инженерных задач по предотвращению взаимных помех между датчиками.
Telegram 
Дзен 
VK Изучив данные о скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планеты системы, астрономы обнаружили, что она слишком высока для по-настоящему ледяной поверхности. Оказалось, что эти тела покрыты материалом, по своим свойствам резко отличающимся от земного льда.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Черные дыры, возможно, не такие «сломанные» объекты, как считалось полвека. Автор нового исследования показал, что даже в рамках Общей теории относительности черная дыра может избежать сингулярности — точки, где законы физики перестают работать. Если он прав, новая теория гравитации для «спасения» физики внутри космических «монстров» не понадобится.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии