باحثون يخترعون جلدًا اصطناعيًا مستوحى من جلد الأخطبوط

استخدم فريق من المهندسين في جامعة ولاية بنسلفانيا خصائص جلد أحد أكثر الكائنات الحية إثارة للاهتمام في الطبيعة، مثل الأخطبوط والسيوف والسيوف، لإنشاء جلد اصطناعي مرن وذكي. يقلد الجلد الاصطناعي مرونة ووظائف الأعصاب لجلد الأخطبوط، ويمكن استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل الروبوتات العصبية وبروستhetics الجلد والأعضاء الاصطناعية وغيرها.

نشر البحث في إجراءات الأكاديمية الوطنية للعلوم. وقاد الفريق كونجيانغ يو، أستاذ مساعد في الهندسة والآليات الحيوية.

إعادة إنشاء جلد الأخطبوط

جلد الأخطبوط هو عضو ناعم يمكن أن يتحمل تشوهات معقدة مثل التمدد والانكماش والانحناء واللف. كما أن لديه وظائف إدراكية وحساسة تستجيب للضوء وتهدف إلى التمويه في الطقس.

ليس هذا النوع من الأجسام الاصطناعية جديدًا تمامًا، وقد تم تطوير إصدارات سابقة مع قدرات فيزيائية وادراكية مماثلة. لكن، يقول يو أن لا أحد منهم أظهر في نفس الوقت كلا الجانبين، وهو ما يلزم لاجهزة الجلد البيولوجي الاصطناعي الذكي.

“على الرغم من تطوير أجهزة التمويه الجلدية الاصطناعية مؤخرًا، إلا أنها تفتقر إلى القدرات الإدراكية غير المركزية والمعالجة العصبية الشبيهة بالدماغ، والأجهزة التي تفتقر إلى هذه القدرات تفتقر إلى الخصائص الميكانيكية القوية”، قال يو. “الأجهزة العصبية الشبيهة بالدماغ التي طوّرناها مؤخرًا حققت حسابات شبيهة بالدماغ وأنظمة عصبية اصطناعية حساسة للمس والضوء التي تحتفظ بخصائصها الشبيهة بالدماغ عند الانحناء بشكل ثنائي.

تحقيق الذكاء والمرنة

سعى الباحثون لتحقيق الذكاء والمرنة في نفس الوقت، وحققوا ذلك من خلال بناء ترانزستورات شبيهة بالدماغ مصنوعة بالكامل من مواد مرنة. تعمل الترانزستورات المطاطية، التي ترسل رسائل حاسمة ذهابًا وإيابًا، بطريقة مشابهة للاتصالات العصبية. لا تتأثر بالتغييرات الفيزيائية في هيكل النظام.

يقول يو أن المفتاح لإنشاء هذا النوع من أجهزة الجلد كان استخدام المواد المطاطية المرنة لكل مكون، مما أدى إلى نجاح الجهاز في إظهار وسلوك شبيه بالدماغ. كان قادرًا على إظهار هذه السلوكيات، بما في ذلك استشعار الصور وتذكرها، حتى عندما تم تمدده وtwisting وpoking.

“مع الازدهار الأخير لأجهزة الجلد الذكية، فإن تنفيذ الوظائف الشبيهة بالدماغ في هذه الأجهزة يفتح الباب لمستقبل الاتجاه نحو المزيد من البيولوجيا الشبيهة بالطبيعة”، قال يو. “يمكن أن يتم استخلاص هذه الطريقة لتنفيذ الوظائف الإدراكية في أجهزة الجلد الذكية إلى العديد من المجالات الأخرى، بما في ذلك الحوسبة الشبيهة بالدماغ والملابس والاجهزة الطبية الشبيهة بالدماغ وبروستhetics الجلد للأنظمة الذكية الجديدة.

كما شمل البحث مؤلفين مشاركين هم Hyunseok Shim و Seonmin Jang و Shubham Patel، قسم الهندسة والآليات الحيوية بجامعة ولاية بنسلفانيا؛ Anish Thukral و Bin Kan، قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة هيوستن؛ Seongsik Jeong و Hyeson Jo و Hai-Jin Kim، كلية الهندسة الميكانيكية والفضائية بجامعة غيونغسانغ الوطنية؛ Guodan Wei، معهد تسينغهوا-بيركلي شينزين؛ و Wei Lan، جامعة لانزوو كلية العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا.