Forskere skaber blæksprutte-inspireret kunstig hud

Et hold af ingeniører fra Penn State har udnyttet egenskaberne af blæksprutters, blæksprutters og cuttlefishs hud til at skabe en strækkbar og intelligent kunstig hud. Den kunstige hud efterligner elasticiteten og neurologiske funktioner af blækspruttehud og kan anvendes i en bred vifte af anvendelser som neurorobotik, hudproteser, kunstige organer og mere.

Forskningen er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences. Holdet blev ledet af Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics and Biomedical Engineering.

Rekreering af blækspruttehud

Blækspruttehud er et blødt organ, der kan udholde komplekse deformationer som udvidelse, kontraktion, bøjning og vridning. Den har også kognitive sanse- og responsfunktioner, der giver huden mulighed for at sanse lys, reagere og kamuflere sig til vejret.

Disse typer kunstige hud er ikke helt nye, og der har været tidligere versioner med lignende fysiske og kognitive evner. Men Yu siger, at ingen af dem har samtidig vist både kvaliteter, hvilket er nødvendigt for avancerede, kunstigt intelligente bioelektriske hudenheder.

“Selvom flere kunstige kamuflagehudenheder er blevet udviklet for nylig, mangler de kritiske decentrale neuromorfe behandlings- og kognitionsfunktioner, og materialer med sådanne funktioner mangler robuste mekaniske egenskaber,” sagde Yu. “Vores nylig udviklede bløde synaptiske enheder har opnået hjerne-inspireret beregning og kunstige nervesystemer, der er følsomme over for berøring og lys, og som bevarer disse neuromorfe funktioner, selv når de er biaxielt strækkes.”

Opnåelse af intelligens og strækkbarhed

Forskerne satte sig for at opnå både intelligens og strækkbarhed på samme tid, og de gjorde det ved at bygge synaptiske transistorer lavet helt af elastomeriske materialer. De gummiagtige halvledere, der sender kritiske beskeder frem og tilbage, fungerer på en måde, der ligner neurale forbindelser. De påvirkes ikke af de fysiske ændringer i systemets struktur.

Yu siger, at nøglen til at skabe denne type hudenhed var at bruge elastomeriske gummiagtige materialer til hver komponent, hvilket resulterede i, at enheden med succes viste og fastholdt neurologiske synaptiske funktioner. Den kunne vise disse funktioner, herunder billedsanse og memorering, selv når den var strækket, vendt og stukket.

“Med den seneste opblomstring af intelligente hudenheder åbner implementeringen af neuromorfe funktioner i disse enheder døren for en fremtidig retning mod mere kraftfulde biomimetiske enheder,” sagde Yu. “Denne metode til at implementere kognitive funktioner i intelligente hudenheder kan udtrækkes til mange andre områder, herunder neuromorfe beregningsbærbare enheder, kunstige organer, bløde neurorobotik og hudproteser til næste generations intelligente systemer.”

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