A kutatók fejlábúak által inspirált mesterséges bőrt készítenek

A Penn State mérnökeiből álló csapat a természet leglenyűgözőbb lábasfejűek, például polipok, tintahalak és tintahalak bőrének tulajdonságait aknázza ki, hogy rugalmas és okos mesterséges bőrt alkossanak. A mesterséges bőr a lábasfejű bőr rugalmasságát és neurológiai funkcióit utánozza, és sokféle alkalmazásra használható, mint például neurorobotika, bőrprotézisek, mesterséges szervek stb.

A kutatást a Proceedings of the National Academy of Sciences. A csapatot Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle karrierfejlesztési mérnöki tudomány és mechanika, valamint orvosbiológiai mérnöki docens vezette.

A fejlábúak bőrének helyreállítása

A fejlábúak bőre egy puha szerv, amely képes elviselni az összetett deformációkat, például a tágulást, összehúzódást, hajlítást és csavarodást. Kognitív érzékelési és válaszadási funkciókkal is rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a bőr számára, hogy érzékeli a fényt, reagáljon és álcázza az időjárást.

Az ilyen típusú mesterséges bőrök nem teljesen újak, és voltak már korábbi változatok is hasonló fizikai és kognitív képességekkel. Yu szerint azonban egyik sem mutatta egyszerre mindkét tulajdonságot, ami szükséges a fejlett, mesterségesen intelligens bioelektromos skin eszközökhöz.

"Bár a közelmúltban számos mesterséges álcázó bőr eszközt fejlesztettek ki, hiányoznak belőlük a kritikus, nem központosított neuromorf feldolgozási és megismerési képességek, és az ilyen képességekkel rendelkező anyagok nem rendelkeznek robusztus mechanikai tulajdonságokkal" - mondta Yu. „A közelmúltban kifejlesztett lágy szinaptikus eszközeink olyan agy által ihletett számítástechnikát és mesterséges idegrendszert értek el, amelyek érzékenyek az érintésre és a fényre, amelyek megtartják ezeket a neuromorf funkciókat, ha biaxiálisan nyújtják.”

Okosság és nyújthatóság elérése

A kutatók arra törekedtek, hogy egyszerre érjék el az okosságot és a nyújthatóságot, és ezt úgy tették meg, hogy szinaptikus tranzisztorokat építettek, amelyek teljes egészében elasztomer anyagokból készültek. A kritikus üzeneteket oda-vissza küldő gumiszerű félvezetők a neurális kapcsolatokhoz hasonlóan működnek. A rendszer szerkezetének fizikai változásai nem érintik őket.

Yu azt mondja, hogy az ilyen típusú bőreszköz létrehozásának kulcsa az volt, hogy minden alkatrészhez elasztomer gumi anyagokat használtak, ami azt eredményezte, hogy az eszköz sikeresen mutatta és fenntartotta a neurológiai szinaptikus viselkedést. Képes volt kimutatni ezeket a viselkedéseket, beleértve a képérzékelést és a memorizálást, még akkor is, ha kinyújtották, megcsavarták és piszkálták.

"Az intelligens bőrrel kapcsolatos eszközök közelmúltbeli elterjedésével a neuromorf funkciók bevezetése ezekbe az eszközökbe megnyitja az ajtót a jövőbeli irányok felé a hatékonyabb biomimetikumok felé" - mondta Yu. „A kognitív funkciók okosbőr-eszközökbe való implementálására szolgáló módszertan sok más területre is kiterjeszthető, ideértve a hordható neuromorf számítástechnikai eszközöket, a mesterséges szerveket, a lágy neurorobotikát és a bőrprotéziseket a következő generációs intelligens rendszerek számára.”

A kutatásban részt vettek a társszerzők, Hyunseok Shim, Seonmin Jang és Shubham Patel is, a Penn State Department of Engineering Science and Mechanics; Anish Thukral és Bin Kan, a Houstoni Egyetem Gépészmérnöki Tanszéke; Seongsik Jeong, Hyeson Jo és Hai-Jin Kim, Gyeongsang National University School of Mechanical and Aerospace Engineering; Guodan Wei, Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute; és Wei Lan, Lanzhou Egyetem Fizikai Tudományok és Technológiai Iskola.