Ein bioinspirierter ionischer Dioden-Tastsensor für verkörperte sensorimotorische Intelligenz in der Robotik

ZUSAMMENFASSUNG Die Fusion tragbarer Sensoren und verkörperter künstlicher Intelligenz (KI) eröffnet neue Wege für die Mensch-Roboter-Interaktion und Technologien für die persönliche Betreuung. Biologische Haut basiert auf ionenvermitteltem Tastsinn, während die meisten künstlichen Gegenstücke elektronische Signaltransduktion nutzen, was eine grundlegende Biointegrationsbarriere schafft. Hier berichten wir über eine einfache Strategie zur Herstellung passiver ionischer Dioden-Tastsensoren sowie zur Entwicklung eines neuen grundlegenden Verständnisses des Sensormechanismus, der Halbleiter-Theorie und Ladungsinduktions-Effekten kombiniert. Das Gerät umfasst p- und n-Typ ionische Hydrogele, die durch ein Nylonnetz mit Mikrokanälen getrennt sind, um eine bioinspirierte ionische Diode zu bilden. Unter externem Druck erhöht sich die Kontaktfläche zwischen p- und n-Typ ionischen Hydrogel, was die Erzeugung von Raumladung erhöht und zu einer Ladungsansammlung in der elektrischen Doppelschicht führt, die messbare Stromsignale erzeugt. Dieses Design erreicht außergewöhnliche sensing Eigenschaften wie hohe Empfindlichkeit (1.71 kPa −1), schnelle Reaktions-/Erholgeschwindigkeit (0.2 s/0.2 s), hervorragende Stabilität (>5000 Zyklen) und statische/dynamische Erkennungsfähigkeit. Durch die Integration eines Sensorarrays mit maschinellem Lernen wurde eine präzise Handschriftenerkennung (96% Genauigkeit) realisiert. Darüber hinaus haben wir ein Sensorarray auf eine Roboterhand montiert, um Nachzeichnungsbewegungen während des Schreibens von Ziffern zu erkennen und mit entsprechenden Gesten zu reagieren, die ein menschenähnliches kontextbewusstes Verhalten nachahmen.