一亩二分地

如今的计算机已经神奇到了一定程度, 不但能胜任各种机械式的任务, 连下象棋都能赢世界冠军了. 不过总有一些东西电脑还学不会, 比如人的触觉: 一双手不但可以感觉出物体的大小, 温度, 硬度, 还能区分出材质, 换一双机械手, 功能就差多了. 但在感到得意的同时, 我们又发现这种功能在某些时候会非常有用. 比如, 医生通过网络远程给病人做手术, 就需要一双敏感的机械手. 怎么办呢? 纳米.

Stone认为(不代表一亩二分地观点), 基本上, 纳米除了不能用来量芙蓉姐姐的三围之外, 其他做什么都没问题. 至少Science, Nature上都这么说的.

目前设备的触摸敏感度在毫米级, 而人的手指能感觉到40微米的区别, 也就是头发一半那么细. Nebraska大学的Saraf教授的文章中提到一种新的技术, 把金属和半导体涂层加在电极上, 以达到接近于手指的触摸敏感度. 除了敏感之外, 这种新技术的最大特点是比较皮实, 易于加在已有的机械臂上面, 因此实现起来相对简单. 下面这个概念图模拟出一个应用这种触摸电极的三指机械手的原型.

那么, 这个”纳米涂层”到底神奇在什么地方呢? 它核心是由金纳米颗粒层(厚度10nm)和CdS纳米颗粒层(厚度3nm)组成, 中间用高分子绝缘层分隔. 每一层都是在溶液中通过分子自组装形成的, Saraf教授实验用的纳米涂层有三个Au layer和两个CdS layer. 然后把这个涂层加在电极上, 在轻微的压力作用下, 由于电子隧道作用, Au和CdS层间会产生电流. 然后根据一些复杂的关系, 可以根据电流强度推断压力的大小, 抑或凸起的高度. 因此, 把这个2.5厘米见方的感应器压在任何平面上就可以探测出具体的画面, 精度可达40微米. 而且更神奇的在于, 这个涂层不仅根据压力产生电流, 电流通过CdS层的时候还能直接发光, 用一个CCD就可以接收图像, 而不需要任何转换.

上图就是把感应器放到一个一分硬币上直接发光的图像, 不但”Liberty”最后两个字母显示的清清楚楚, 而且林肯衣服的褶皱都探测出来了. 每个发光点的强度都于此位置所受压力成正比. Saraf教授的下一步研究计划是把温度探测和材质感应都结合到设备中去, 进一步模拟手指的全部功能.