Растяжимый датчик преобразовал подводный ультразвук в сигналы для искусственного синапса

Инженеры Университета Сонгюнгван (SKKU) под руководством профессора Нэ-Ын Ли разработали растяжимый материал, который преобразует механическое воздействие ультразвуковых волн в электрический сигнал. На его основе команда создала искусственный ультразвуковой сенсорный синапс — экспериментальную систему, вдохновлённую эхолокацией дельфинов. Работа опубликована в Advanced Materials; 30 сентября 2026 года о ней сообщило Tech Xplore.

Почему твёрдые датчики не работают под водой и в мягких условиях

Традиционные пьезоэлектрические датчики ультразвука — те, что используются в медицинском УЗИ и гидрофонах, — изготовлены из жёстких материалов: керамики (PZT) или хрупких полимеров. Проблема: они не могут растягиваться и плохо прилегают к криволинейным поверхностям — телу животного, обшивке подводного дрона, гибкому корпусу.

Это затрудняло разработку мягких датчиков, способных плотно прилегать к изогнутой поверхности.

«Эти ограничения существенно затрудняли разработку растяжимых ультразвуковых датчиков», — констатирует команда SKKU.

Ключевое решение: сшивка гибким PEG-диамином

Команда слабо сшила полимер P(VDF-TrFE) молекулами PEG-диамина и добавила наночастицы титаната бария. Взаимодействие компонентов позволило сохранить пьезоэлектрические свойства и растяжимость материала.

Результат:

• материал сохраняет стабильные пьезоэлектрические характеристики при растяжении на 50% от исходной длины (что актуально для рабочих нагрузок);
• после более чем 1000 циклов нажатия и растяжения существенного ухудшения характеристик не обнаружили;
• датчик работает как самопитающийся: ультразвуковые волны в воде вызывают механическую деформацию, которая генерирует электрический сигнал без внешнего источника тока.

Искусственный ультразвуковой сенсорный синапс

Исследовательская группа пошла дальше отдельного датчика: она интегрировала растяжимый ультразвуковой сенсор с гибким устройством искусственного синапса — синаптическим транзистором.

Синаптический транзистор — аналог биологического синапса: он не просто передаёт электрический сигнал, но и «запоминает» его — то есть хранит информацию о предшествующих входных данных. Это принципиально отличает его от обычного усилителя или детектора.

Когда ультразвук распространяется через воду и достигает датчика, тот преобразует звуковые волны в электрические сигналы. Эти сигналы поступают в синаптический транзистор, который сохраняет информацию об ультразвуковом стимуле подобно биологическим нервным клеткам.

Авторы считают разработку основой для будущих ультразвуковых сенсорных систем, вдохновлённых биологическим слухом.

Для чего это откроет возможности

Источником вдохновения послужила эхолокация дельфинов: они используют отражённые ультразвуковые сигналы для ориентации и поиска добычи. Применение такого датчика в подводном роботе ещё предстоит проверить.

Практические применения:

• конформные ультразвуковые датчики для носимых медицинских устройств — в частности, для мониторинга тканей под изогнутой поверхностью кожи;
• подводные роботы с «биоинспирированным» ультразвуковым восприятием;
• мягкая робототехника, требующая одновременно сенсорных и исполнительных функций.

Читайте также: Робот MIT научился нырять под воду и возвращаться в воздух.

Система находится на стадии лабораторной демонстрации. Переход к практическим устройствам потребует долгосрочных испытаний в реальных морских условиях, а также разработки схем обработки сигналов синаптического транзистора на уровне автономной системы.