Kulit Elektronik Mengantisipasi dan Merasakan Sentuhan dari Berbagai Arah untuk Pertama Kalinya
Sebuah tim peneliti dari Chemnitz dan Dresden telah mengambil langkah maju yang besar dalam pengembangan kulit elektronik yang sensitif (e-skin) dengan rambut buatan yang terintegrasi. E-skins adalah sistem elektronik fleksibel yang mencoba meniru sensitivitas kulit alami manusia. Aplikasi berkisar dari penggantian kulit dan sensor medis pada tubuh hingga kulit buatan untuk robot humanoid dan android.
Bulu-bulu halus di permukaan dapat merasakan dan mengantisipasi sensasi sentuhan sekecil apa pun pada kulit manusia dan bahkan mengenali arah sentuhan. Sistem kulit elektronik modern tidak memiliki kemampuan ini dan tidak dapat mengumpulkan informasi penting tentang sekitarnya.
Tim peneliti telah menjelajahi jalan baru untuk mengembangkan sensor medan magnet 3D yang sangat sensitif dan bergantung arah yang dapat diintegrasikan ke dalam sistem e-skin (matriks aktif). Tim menggunakan pendekatan yang sama sekali baru untuk miniaturisasi dan integrasi susunan perangkat 3D dan membuat langkah besar untuk meniru sentuhan alami kulit manusia. Para peneliti telah melaporkan hasil mereka di jurnal Nature Communications.
Christian Becker, penulis pertama studi tersebut mengatakan:“Pendekatan kami memungkinkan pengaturan spasial yang tepat dari elemen sensor fungsional dalam 3D yang dapat diproduksi secara massal dalam proses manufaktur paralel. Sistem sensor seperti itu sangat sulit dibuat dengan metode fabrikasi mikroelektronika yang sudah mapan.”
Inti dari sistem sensor yang dihadirkan tim peneliti adalah sensor anisotropic magnetoresistance (AMR). Sensor AMR dapat digunakan untuk secara tepat menentukan perubahan medan magnet. Mereka saat ini digunakan, misalnya, sebagai sensor kecepatan di mobil atau untuk menentukan posisi dan sudut komponen yang bergerak di berbagai mesin.
Tautan Terkait:
5 Material Berteknologi Tinggi yang Merasakan dan Mendeteksi
Dengan Serat Fungsional, Kemeja Menjadi Mikrofon Berharga
Untuk mengembangkan sistem sensor yang sangat ringkas, para peneliti memanfaatkan apa yang disebut "proses mikro-origami." Proses ini digunakan untuk melipat komponen sensor AMR menjadi arsitektur tiga dimensi yang dapat menyelesaikan medan vektor magnet dalam tiga dimensi.
Mikro-origami memungkinkan sejumlah besar komponen mikroelektronika untuk masuk ke dalam ruang kecil dan mengaturnya dalam geometri yang tidak dapat dicapai oleh teknologi mikrofabrikasi konvensional. “Proses mikro-origami dikembangkan lebih dari 20 tahun yang lalu, dan sungguh menakjubkan melihat bagaimana potensi penuh dari teknologi elegan ini sekarang dapat dimanfaatkan untuk aplikasi mikroelektronika baru,” kata Prof. Oliver G. Schmidt.
Tim peneliti mengintegrasikan susunan sensor magnetik mikro-origami 3D ke dalam satu matriks aktif, di mana setiap sensor individu dapat dengan mudah ditangani dan dibaca oleh sirkuit mikroelektronika. “Kombinasi sensor magnetik matriks aktif dengan arsitektur mikro-origami rakitan sendiri adalah pendekatan yang benar-benar baru untuk memperkecil dan mengintegrasikan sistem penginderaan 3D resolusi tinggi,” kata Dr. Daniil Karnaushenko, yang berkontribusi secara meyakinkan terhadap konsep, desain, dan pelaksanaan proyek.
Tim peneliti telah berhasil mengintegrasikan sensor medan magnet 3D dengan rambut halus yang berakar secara magnetis ke dalam kulit elektronik buatan. E-skin terbuat dari bahan elastomer di mana elektronik dan sensor tertanam — mirip dengan kulit organik, yang terjalin dengan saraf.
Ketika rambut disentuh dan ditekuk, gerakan dan posisi yang tepat dari akar magnet dapat dideteksi oleh sensor magnetik 3D yang mendasarinya. Oleh karena itu, matriks sensor tidak hanya dapat mencatat gerakan telanjang rambut, tetapi juga menentukan arah gerakan yang tepat. Seperti halnya kulit manusia asli, setiap rambut pada e-skin menjadi unit sensor penuh yang dapat melihat dan mendeteksi perubahan di sekitarnya.
Kopling magneto-mekanis antara sensor magnetik 3D dan akar rambut magnetik secara real-time memberikan persepsi sensitif sentuhan jenis baru. Kemampuan ini sangat penting ketika manusia dan robot bekerja sama secara erat. Misalnya, robot dapat merasakan interaksi dengan pendamping manusia jauh sebelumnya dengan banyak detail tepat sebelum kontak yang diinginkan atau tabrakan yang tidak diinginkan akan terjadi.
