Ερευνητές Δημιουργούν Τεχνητό Δέρμα Εμπνευσμένο από τα Κεφαλόποδα

Μια ομάδα μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Πεν Στέιτ έχει αξιοποιήσει τις ιδιότητες του δέρματος των πιο ενδιαφέροντων κεφαλόποδων, όπως οι οκταπόδεις, οι καλαμάρια και οι σουπιάδες, για να δημιουργήσουν ελαστικό και έξυπνο τεχνητό δέρμα. Το τεχνητό δέρμα μιμείται την ελαστικότητα και τις νευρολογικές λειτουργίες του δέρματος των κεφαλόποδων και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για eine ευρεία γκάμα εφαρμογών, όπως η νευρορομποτική, οι προθέσεις δέρματος, τα τεχνητά όργανα και άλλα.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences. Η ομάδα ήταν υπό την ηγεσία του Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics και Biomedical Engineering.

Αναδημιουργώντας το Δέρμα των Κεφαλόποδων

Το δέρμα των κεφαλόποδων είναι ένα μαλακό όργανο που μπορεί να αντέξει σύνθετες παραμορφώσεις, όπως διαστάλωση, συστολή, κάμψη και στρέψη. Επίσης, έχει γνωστικές αισθήσεις-αντιδράσεις που επιτρέπουν στο δέρμα να αισθάνεται το φως, να αντιδρά και να καμουφλάρει τον καιρό.

Αυτού του είδους τα τεχνητά δέρματα δεν είναι εντελώς καινούργια, και έχουν υπάρξει προηγούμενες εκδόσεις με παρόμοιες φυσικές και γνωστικές ικανότητες. Αλλά, ο Yu λέει ότι κανένα δεν έχει επιδείξει ταυτόχρονα και τις δύο ιδιότητες, οι οποίες είναι απαραίτητες για προηγμένα, τεχνητά νοητικά βιοηλεκτρικά δερματικά συσκευές.

“Αν και έχουν αναπτυχθεί πρόσφατα πολλά τεχνητά δερματικά συσκευές καμουφλάζ, αυτά λείπουν από κρίσιμες μη κεντρικές νευρομορφικές επεξεργασίες και γνωστικές ικανότητες, και τα υλικά με τέτοιες ικανότητες λείπουν από robust μηχανικές ιδιότητες”, είπε ο Yu. “Οι πρόσφατα αναπτυγμένες μας μαλακές συνάπτικές συσκευές έχουν επιτύχει εγκεφαλικά εμπνευσμένα υπολογιστικά και τεχνητά νευρικά συστήματα που είναι ευαίσθητα στην αφή και το φως και διατηρούν αυτές τις νευρομορφικές λειτουργίες όταν είναι διευρυμένα.”

Επιτυγχάνοντας Νοημοσύνη και Ελαστικότητα

Οι ερευνητές στόχευαν να επιτύχουν και τις δύο νοημοσύνη και ελαστικότητα ταυτόχρονα, και το έκαναν αυτό με την κατασκευή συνάπτικών τρανζίστορ που κατασκευάζονται εξ ολοκλήρου από ελαστομερή υλικά. Οι ρηχές ημιαγωγοί, οι οποίες στέλνουν κρίσιμες μηνύματα μπρος και πίσω, λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο με τις νευρικές συνδέσεις. Δεν επηρεάζονται από τις φυσικές αλλαγές στη δομή του συστήματος.

Ο Yu λέει ότι ο κλειδί για τη δημιουργία αυτού του είδους συσκευής δέρματος ήταν να χρησιμοποιηθούν ελαστομερή ρηχά υλικά για κάθε συνιστώσα, το οποίο οδήγησε τη συσκευή να επιδείξει και να διατηρήσει νευρολογικές συνάπτικές συμπεριφορές. Μπορούσε να επιδείξει αυτές τις συμπεριφορές, συμπεριλαμβανομένης της αίσθησης εικόνας και της μνήμης, ακόμη και όταν ήταν διατεταγμένο, στρεφόμενο και πιεζόμενο.

“Με την πρόσφατη άνοδο των έξυπνων δερματικών συσκευών, η εφαρμογή νευρομορφικών λειτουργιών σε αυτές τις συσκευές ανοίγει την πόρτα για μια μελλοντική κατεύθυνση προς πιο ισχυρές βιομιμητικές”, είπε ο Yu. “Αυτή η μεθοδολογία για την εφαρμογή γνωστικών λειτουργιών σε έξυπνες δερματικές συσκευές θα μπορούσε να εξαχθεί σε πολλά άλλα πεδία, συμπεριλαμβανομένης της νευρομορφικής υπολογιστικής, των wearables, των τεχνητών οργάνων, της μαλακής νευρορομποτικής και των προθέσεων δέρματος για τα επόμενα έξυπνα συστήματα.”

Η έρευνα περιελάμβανε επίσης συν-συγγραφείς Hyunseok Shim, Seonmin Jang και Shubham Patel, Τμήμα Μηχανικής Επιστήμης και Μηχανικής του Πανεπιστημίου του Πεν Στέιτ. Anish Thukral και Bin Kan, Τμήμα Μηχανικής του Πανεπιστημίου του Χιούστον. Seongsik Jeong, Hyeson Jo και Hai-Jin Kim, Σχολή Μηχανικής και Αεροδιαστημικής του Πανεπιστημίου Gyeongsang. Guodan Wei, Ινστιτούτο Tsinghua-Berkeley Shenzhen. και Wei Lan, Σχολή Φυσικών Επιστημών και Τεχνολογίας του Πανεπιστημίου Lanzhou.