Výzkumníci vytvořili umělou kůži inspirovanou kůží hlavonožců

Tým inženýrů z Penn State využil vlastnosti kůže nejzajímavějších hlavonožců, jako jsou chobotnice, sépie a krakatice, k vytvoření protahové a chytré umělé kůže. Umělá kůže napodobuje elasticitu a neurologické funkce kůže hlavonožců a mohla by být použita pro širokou škálu aplikací, jako jsou neurorobotika, kožní protézy, umělé orgány a další.

Výzkum byl zveřejněn v Proceedings of the National Academy of Sciences. Tým vedl Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics a Biomedical Engineering.

Rekreace kůže hlavonožců

Kůži hlavonožců je měkký orgán, který může vydržet složitá deformace, jako je roztažení, smrštění, ohýbání a kroutění. Má také kognitivní smysl a reakci, které umožňují kůži vnímat světlo, reagovat a maskovat se podle počasí.

Tento typ umělých kůží není úplně nový a existovaly předchozí verze s podobnými fyzickými a kognitivními schopnostmi. Ale, podle Yu, žádná z nich nevykazovala současně obě kvality, které jsou nezbytné pro pokročilé, umělé inteligentní bioelektrické zařízení.

“Ačkoli byly nedávno vyvinuty beberapa umělé kamuflážní zařízení, postrádají kritické decentralizované neuromorfní zpracování a kognitivní schopnosti, a materiály s takovými schopnostmi postrádají robustní mechanické vlastnosti,” řekl Yu. “Naše nedávno vyvinuté měkké synaptické zařízení dosáhlo mozek-inspirovaného výpočtu a umělého nervového systému, který je citlivý na dotek a světlo a zachovává tyto neuromorfní funkce, i když je biaxiálně protaženo.”

Dosažení inteligence a protahovosti

Výzkumníci se snažili dosáhnout obou inteligence a protahovosti současně a podařilo se jim to tím, že vytvořili synaptické tranzistory vyrobené zcela z elastomerických materiálů. Gumičkové polovodiče, které posílají kritické zprávy tam a zpět, fungují podobně jako neuronové spoje. Není ovlivněno fyzickými změnami v systému.

Yu říká, že klíčem k vytvoření tohoto typu kůže bylo použití elastomerických gumičkových materiálů pro každou součást, což vedlo k tomu, že zařízení úspěšně vykazovalo a udržovalo neurologické synaptické chování. Bylo schopné vykazovat tato chování, včetně snímání obrazu a memorizace, i když bylo protaženo, otočeno a pokořeno.

“S nedávným vzestupem chytrých kůží, implementace neuromorfních funkcí do těchto zařízení otevírá dveře pro budoucí směr k více powerful biomimetice,” řekl Yu. “Tato metodika pro implementaci kognitivních funkcí do chytrých kůží by mohla být extrapolována do mnoha dalších oblastí, včetně neuromorfního výpočtu, nositelných zařízení, umělé inteligence, softwarové neurorobotiky a kožních protéz pro budoucí inteligentní systémy.”

Výzkum také zahrnoval spoluautory Hyunseok Shim, Seonmin Jang a Shubham Patel, Penn State Department of Engineering Science and Mechanics; Anish Thukral a Bin Kan, University of Houston Department of Mechanical Engineering; Seongsik Jeong, Hyeson Jo a Hai-Jin Kim, Gyeongsang National University School of Mechanical and Aerospace Engineering; Guodan Wei, Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute; a Wei Lan, Lanzhou University School of Physical Science and Technology.