Les chercheurs créent une peau artificielle inspirée des céphalopodes

Une équipe d’ingénieurs de l’Université d’État de Pennsylvanie a exploité les propriétés de la peau des céphalopodes les plus fascinants de la nature, tels que les pieuvres, les calmars et les seiches, pour créer une peau artificielle étirable et intelligente. La peau artificielle imite l’élasticité et les fonctions neurologiques de la peau des céphalopodes, et elle pourrait être utilisée pour une large gamme d’applications telles que la neurorobotique, les prothèses de peau, les organes artificiels et plus encore.

La recherche a été publiée dans les Proceedings de l’Académie nationale des sciences. L’équipe était dirigée par Cunjiang Yu, professeur associé de développement de carrière Dorothy Quiggle en ingénierie et en mécanique et en génie biomédical.

Recréer la peau des céphalopodes

La peau des céphalopodes est un organe mou qui peut supporter des déformations complexes telles que l’expansion, la contraction, la flexion et la torsion. Elle possède également des fonctions cognitives de détection et de réaction qui permettent à la peau de détecter la lumière, de réagir et de se camoufler en fonction de la météo.

Ce type de peaux artificielles n’est pas entièrement nouveau, et il y a eu des versions précédentes avec des capacités physiques et cognitives similaires. Mais, selon Yu, aucune n’a simultanément présenté les deux qualités, ce qui est nécessaire pour les dispositifs de peau bioélectrique intelligents avancés.

“Bien que plusieurs dispositifs de peau de camouflage artificielle aient été récemment développés, ils manquent de capacités de traitement et de cognition neuromorphiques non centralisées, et les matériaux dotés de ces capacités manquent de propriétés mécaniques robustes”, a déclaré Yu. “Nos dispositifs synaptiques souples récemment développés ont réalisé un calcul inspiré du cerveau et des systèmes nerveux artificiels sensibles au toucher et à la lumière qui conservent ces fonctions neuromorphiques lorsqu’ils sont étirés dans les deux axes.”

Atteindre l’intelligence et l’étirabilité

Les chercheurs se sont efforcés d’atteindre à la fois l’intelligence et l’étirabilité en même temps, et ils y sont parvenus en construisant des transistors synaptiques entièrement faits de matériaux élastomériques. Les semi-conducteurs caoutchouteux, qui envoient des messages critiques aller et retour, fonctionnent de manière similaire aux connexions neuronales. Ils ne sont pas affectés par les changements physiques dans la structure du système.

Yu affirme que la clé pour créer ce type de dispositif de peau était d’utiliser des matériaux élastomériques caoutchouteux pour chaque composant, ce qui a permis au dispositif de présenter et de maintenir avec succès des comportements synaptiques neurologiques. Il a pu présenter ces comportements, y compris la détection d’images et la mémorisation, même lorsqu’il était étiré, tordu et piqué.

“Avec la récente vague de dispositifs de peau intelligents, l’implémentation de fonctions neuromorphiques dans ces dispositifs ouvre la voie à une direction future vers des biomimétismes plus puissants”, a déclaré Yu. “Cette méthodologie pour implémenter des fonctions cognitives dans les dispositifs de peau intelligents pourrait être extrapolée à de nombreux autres domaines, notamment les ordinateurs portables neuromorphiques, les organes artificiels, la neurorobotique souple et les prothèses de peau pour les systèmes intelligents de prochaine génération.”

La recherche comprenait également des co-auteurs Hyunseok Shim, Seonmin Jang et Shubham Patel, département de génie mécanique et de mécanique de l’Université d’État de Pennsylvanie ; Anish Thukral et Bin Kan, département de génie mécanique de l’Université de Houston ; Seongsik Jeong, Hyeson Jo et Hai-Jin Kim, école de génie mécanique et aérospatiale de l’Université nationale de Gyeongsang ; Guodan Wei, institut Tsinghua-Berkeley Shenzhen ; et Wei Lan, école des sciences physiques et de la technologie de l’Université de Lanzhou.