Investigadores Crean Piel Artificial Inspirada en Cefalópodos

Un equipo de ingenieros de la Universidad Estatal de Pensilvania ha aprovechado las propiedades de la piel de los cefalópodos más fascinantes de la naturaleza, como las pulpos, calamares y sepias, para crear una piel artificial elástica y inteligente. La piel artificial imita la elasticidad y las funciones neurológicas de la piel de los cefalópodos, y podría ser utilizada para una amplia variedad de aplicaciones como neurorobótica, prótesis de piel, órganos artificiales y más.

La investigación se publicó en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. El equipo estuvo liderado por Cunjiang Yu, profesor asociado de Ingeniería de Materiales y Mecánica y Biomedicina.

Recreando la Piel de los Cefalópodos

La piel de los cefalópodos es un órgano blando que puede soportar deformaciones complejas como expandirse, contraerse, doblarse y torcerse. También tiene funciones cognitivas de sentido y respuesta que permiten a la piel sentir la luz, reaccionar y camuflarse con el clima.

Este tipo de pieles artificiales no es completamente nuevo, y ha habido versiones anteriores con capacidades físicas y cognitivas similares. Pero, según Yu, ninguna ha exhibido simultáneamente ambas cualidades, lo que es necesario para dispositivos de piel bioeléctrica artificialmente inteligentes.

“Aunque se han desarrollado recientemente varios dispositivos de piel de camuflaje artificial, carecen de capacidades de procesamiento neuromórfico y cognitivo no centralizado, y los materiales con tales capacidades carecen de propiedades mecánicas robustas”, dijo Yu. “Nuestros dispositivos sinápticos suaves recientemente desarrollados han logrado computación inspirada en el cerebro y sistemas nerviosos artificiales que son sensibles al tacto y la luz que retienen estas funciones neuromórficas cuando se estiran biaxialmente”.

Logrando Inteligencia y Elasticidad

Los investigadores se propusieron lograr tanto la inteligencia como la elasticidad al mismo tiempo, y lo hicieron construyendo transistores sinápticos hechos completamente de materiales elastoméricos. Los semiconductores de goma, que envían mensajes críticos de ida y vuelta, operan de manera similar a las conexiones neuronales. No se ven afectados por los cambios físicos en la estructura del sistema.

Yu dice que la clave para crear este tipo de dispositivo de piel fue utilizar materiales elastoméricos de goma para cada componente, lo que resultó en que el dispositivo exhibiera y mantuviera comportamientos sinápticos neurológicos. Pudo exhibir estos comportamientos, incluyendo la detección de imágenes y la memorización, incluso cuando se estiró, se torció y se empujó.

“Con el reciente auge de dispositivos de piel inteligentes, implementar funciones neuromórficas en estos dispositivos abre la puerta a una dirección futura hacia biomímicás más poderosas”, dijo Yu. “Esta metodología para implementar funciones cognitivas en dispositivos de piel inteligentes podría extrapolarse a muchas otras áreas, incluyendo computación wearable neuromórfica, órganos artificiales, neurorobótica suave y prótesis de piel para sistemas inteligentes de próxima generación”.

La investigación también incluyó a coautores Hyunseok Shim, Seonmin Jang y Shubham Patel, Departamento de Ingeniería de Materiales y Mecánica de la Universidad Estatal de Pensilvania; Anish Thukral y Bin Kan, Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Houston; Seongsik Jeong, Hyeson Jo y Hai-Jin Kim, Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad Nacional de Gyeongsang; Guodan Wei, Instituto Tsinghua-Berkeley Shenzhen; y Wei Lan, Escuela de Ciencia y Tecnología Física de la Universidad de Lanzhou.