Tutkijat luovat mustekalan ihon innoittaman keinotekoisen ihon

Pennsylvanian osavaltion yliopiston insinöörit ovat hyödyntäneet luonnon ihmeellisimpien mustekalojen, kuten mustekalojen, kalmarien ja sepelvalaiden, ihon ominaisuuksia luodakseen venyvän ja älykkään keinotekoisen ihon. Keinotekoinen iho jäljittelee mustekaloihon joustavuutta ja hermostollisia toimintoja, ja sitä voidaan käyttää laajasti sovelluksissa kuten neuroteknologiassa, ihon proteeseissa, keinotekoisissa elintarvikkeissa ja muissa.

Tutkimus julkaistiin Proceedings of the National Academy of Sciences -julkaisussa. Tutkimusta johti Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics ja Biomedical Engineering.

Mustekalan ihon jäljittäminen

Mustekaloiho on pehmeä elin, joka kestää monimutkaisia muodonmuutoksia, kuten laajenemista, supistumista, taivutusta ja kiertymistä. Se myös sisältää aistinvaraiset toiminnat, jotka mahdollistavat ihon aistia valoa, reagoida ja muuttaa väriä sääolosuhteiden mukaan.

Nämä keinotekoiset ihmiset eivät ole aivan uusia, ja on olemassa aiempia versioita, joilla on samanlaiset fyysiset ja kognitiiviset ominaisuudet. Mutta Yu sanoo, että mikään niistä ei ole yhdistänyt molempia ominaisuuksia, mitä tarvitaan edistyneille, älykkäille bioelektrisille ihmisille.

“Vaikka useita keinotekoisia kamuflaasi-ihmisia on kehitetty viime aikoina, ne puuttuvat kriittisistä keskushermoston ulkopuolisista neuromorfeista prosessoinnista ja kognitiivisista kyvyistä, ja materiaaleista, joilla on nämä kyvyt, puuttuvat robustit mekaaniset ominaisuudet”, Yu sanoi. “Meidän viimeksi kehittämämme pehmeät synaptiset laitteet ovat saavuttaneet aivoinnoittuneen laskennan ja keinotekoisen hermoston, joka on herkkä kosketukselle ja valolle ja säilyttää nämä neuromorfeiset toiminnot, kun se venytetään kahteen suuntaan.”

Älykkyyden ja venyvyyden saavuttaminen

Tutkijat pyrkivät saavuttamaan sekä älykkyyden että venyvyyden samaan aikaan, ja he onnistuivat siinä rakentamalla synaptisia transistoreja, jotka koostuvat kokonaan elastomeerisista materiaaleista. Nämä kumiset puolijohteet, jotka lähettävät tärkeitä viestejä edestakaisin, toimivat samalla tavalla kuin hermosolmukkeet. Ne eivät ole vaikuttaneet järjestelmän rakenteen fyysisiin muutoksiin.

Yu sanoo, että avain tämänkaltaisen ihmislaitekeen kehittämiseen oli käyttää elastomeerisia, kumisia materiaaleja kaikissa komponenteissa, mikä johti laitteen menestyksekkääseen osoittamiseen ja ylläpitämiseen hermostollisia synaptisia käyttäytymisiä. Se pystyi osoittamaan nämä käyttäytymiset, mukaan lukien kuvien aistiminen ja muistaminen, jopa venytettynä, kiertyneenä ja tömitettynä.

“Viimeaikaisen älykkään ihon laitteiden kasvun myötä neuromorfeisten toimintojen toteuttaminen näihin laitteisiin avaa oven tulevaisuuden suuntaan kohti tehokkaampaa biomimeesiä”, Yu sanoi. “Tämä kognitiivisten toimintojen toteuttamisen menetelmä älykkäisiin ihmislaitteisiin voidaan extrapoloida moniin muihin alueisiin, kuten neuromorfeiseen laskentaan, älykkäisiin vaatetoksiin, keinotekoisiiin elimiin ja ihon proteeseihin seuraavien sukupolven älymäsysteemeihin.”

Tutkimukseen osallistuivat myös Hyunseok Shim, Seonmin Jang ja Shubham Patel, Pennsylvanian osavaltion yliopiston insinööritieteiden ja biomekaniikan osasto; Anish Thukral ja Bin Kan, Houstonin yliopiston mekaniikan insinööritieteiden osasto; Seongsik Jeong, Hyeson Jo ja Hai-Jin Kim, Gyeongsangin kansallisen yliopiston mekaniikan ja ilmailutekniikan osasto; Guodan Wei, Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute; ja Wei Lan, Lanzhouin yliopiston fysikaalisten tieteiden ja teknologian osasto.