E-Kulit Baru dengan Rambut Buatan Mendeteksi dan Memprediksi Sentuh Multidirektional
Sebuah tim peneliti dari Chemnitz dan Dresden telah maju langkah besar dalam pengembangan kulit elektronik sensitif (e-skin) dengan rambut buatan terintegrasi. E-skin adalah sistem elektronik fleksibel yang mencoba meniru sensitivitas kulit manusia alami. Aplikasi berkisar dari pengganti kulit dan sensor medis di tubuh hingga kulit buatan untuk robot humanoid dan android.
Rambut permukaan kecil dapat merasakan dan memprediksi sensasi taktil terkecil pada kulit manusia bahkan mengenali arah sentuh. Sistem kulit elektronik modern tidak memiliki kemampuan ini dan tidak dapat mengumpulkan informasi kritis ini tentang lingkungan sekitarnya.
Tim peneliti telah mengeksplorasi jalan baru untuk mengembangkan sensor medan magnet 3D yang sangat sensitif dan bergantung pada arah yang dapat diintegrasikan ke dalam sistem e-skin (matriks aktif). Tim menggunakan pendekatan yang sepenuhnya baru untuk miniaturisasi dan integrasi array perangkat 3D dan membuat langkah besar menuju meniru sentuhan alami kulit manusia. Para peneliti telah melaporkan hasilnya di jurnal Nature Communications.
Christian Becker, penulis pertama studi mengatakan: “Pendekatan kami memungkinkan pengaturan spasial yang tepat dari elemen sensor fungsional dalam 3D yang dapat diproduksi massal dalam proses manufaktur paralel. Sistem sensor seperti ini sangat sulit untuk dihasilkan oleh metode pembuatan mikroelektronik yang terpadu.”
Inti dari sistem sensor yang disajikan oleh tim peneliti adalah sensor anisotropic magnetoresistance (AMR). Sensor AMR dapat digunakan untuk menentukan perubahan medan magnet dengan presisi. Saat ini digunakan, misalnya, sebagai sensor kecepatan dalam mobil atau untuk menentukan posisi dan sudut komponen bergerak dalam berbagai mesin.
Tautan Terkait:
5 Bahan Canggih Tinggi yang Merasakan dan Mendeteksi
Dengan Serat Fungsional, Kemeja Menjadi Mikrofon yang Bernilai
Untuk mengembangkan sistem sensor yang sangat kompak, para peneliti memanfaatkan proses yang disebut “micro-origami process.” Proses ini digunakan untuk melipat komponen sensor AMR menjadi arsitektur tiga dimensi yang dapat menyelesaikan vektor medan magnet dalam tiga dimensi.
Micro-origami memungkinkan sejumlah besar komponen mikroelektronik untuk muat dalam ruang kecil dan menyusun mereka dalam geometri yang tidak dapat dicapai oleh teknologi mikrofabrikasi konvensional. “Proses micro-origami dikembangkan lebih dari 20 tahun lalu, dan itu luar biasa untuk melihat bagaimana potensi penuh dari teknologi anggun ini kini dapat dieksploitasi untuk aplikasi mikroelektronik baru,” kata Prof. Oliver G. Schmidt.
Tim peneliti mengintegrasikan array sensor magnet micro-origami 3D ke dalam satu matriks aktif, di mana setiap sensor individu dapat dengan mudah diaddress dan dibaca oleh sirkuit mikroelektronik. “Kombinasi sensor magnet matriks aktif dengan arsitektur micro-origami yang menyusun diri sendiri adalah pendekatan yang sepenuhnya baru untuk meminimalkan dan mengintegrasikan sistem sensori 3D resolusi tinggi,” kata Dr. Daniil Karnaushenko, yang berkontribusi secara menentukan pada konsep, desain, dan implementasi proyek.
Tim peneliti telah berhasil mengintegrasikan sensor medan magnet 3D dengan akar rambut magnet yang tertanam ke dalam e-skin buatan. E-skin terbuat dari bahan elastomer di mana elektronik dan sensor tertanam — mirip dengan kulit organik yang berpijakan dengan saraf.
Saat rambut disentuh dan melengkung, gerakan dan posisi tepat dari akar magnet dapat terdeteksi oleh sensor magnet 3D di bawahnya. Matriks sensor tidak hanya dapat mencatat gerakan kasar rambut, tetapi juga menentukan arah gerakan yang tepat. Seperti pada kulit manusia nyata, setiap rambut pada e-skin menjadi unit sensor penuh yang dapat merasakan dan mendeteksi perubahan di sekitarnya.
Coupling magneto-mekanik antara sensor magnet 3D dan akar rambut magnet secara real-time memberikan jenis persepsi sensitif sentuh yang baru. Kemampuan ini sangat penting saat manusia dan robot bekerja saling dekat. Misalnya, robot dapat merasakan interaksi dengan teman manusia jauh sebelumnya dengan banyak detail tepat sebelum kontak yang dimaksudkan atau tabrakan tidak sengaja akan terjadi.
