I ricercatori creano una pelle artificiale ispirata ai cefalopodi

Un team di ingegneri della Penn State ha sfruttato le proprietà della pelle dei cefalopodi più affascinanti della natura, come polpi, calamari e seppie, per creare una pelle artificiale elastica e intelligente. La pelle artificiale mimetizza l’elasticità e le funzioni neurologiche della pelle dei cefalopodi e potrebbe essere utilizzata per una vasta gamma di applicazioni come neurorobotica, protesi di pelle, organi artificiali e molto altro.

La ricerca è stata pubblicata sulle Proceedings of the National Academy of Sciences. Il team era guidato da Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics e Biomedical Engineering.

Ricreare la pelle dei cefalopodi

La pelle dei cefalopodi è un organo morbido che può sopportare deformazioni complesse come espansione, contrazione, flessione e torsione. Ha anche funzioni cognitive di senso e risposta che consentono alla pelle di percepire la luce, reagire e mimetizzarsi con il tempo.

Questi tipi di pelli artificiali non sono del tutto nuovi e ci sono state versioni precedenti con capacità fisiche e cognitive simili. Tuttavia, Yu afferma che nessuno di loro ha esibito contemporaneamente entrambe le qualità, che sono necessarie per dispositivi di pelle bioelettrica artificialmente intelligenti avanzati.

“Sebbene siano stati recentemente sviluppati dispositivi di pelle artificiale per il camuffamento, mancano di capacità di elaborazione neuromorfica e cognitiva non centralizzata, e i materiali con tali capacità mancano di proprietà meccaniche robuste”, ha affermato Yu. “I nostri dispositivi sinaptici morbidi sviluppati di recente hanno raggiunto un calcolo ispirato al cervello e sistemi nervosi artificiali sensibili al tatto e alla luce che mantengono queste funzioni neuromorfiche quando sono stirati biaxialmente.”

Raggiungere l’intelligenza e l’elasticità

I ricercatori hanno cercato di raggiungere contemporaneamente intelligenza e elasticità, e ci sono riusciti costruendo transistor sinaptici realizzati interamente con materiali elastomerici. I semiconduttori gommosi, che inviano messaggi critici avanti e indietro, funzionano in modo simile alle connessioni neurali. Non sono influenzati dalle modifiche fisiche nella struttura del sistema.

Yu afferma che la chiave per creare questo tipo di dispositivo di pelle è stata utilizzare materiali elastomerici gommosi per ogni componente, il che ha portato al dispositivo che esibisce e mantiene comportamenti sinaptici neurologici. È stato in grado di esibire questi comportamenti, compresa la sensazione delle immagini e la memorizzazione, anche quando è stato stirato, torcito e pungolato.

“Con il recente aumento dei dispositivi di pelle intelligente, l’implementazione di funzioni neuromorfiche in questi dispositivi apre la porta a una direzione futura verso biomimetici più potenti”, ha affermato Yu. “Questa metodologia per l’implementazione di funzioni cognitive nei dispositivi di pelle intelligente potrebbe essere estesa a molte altre aree, tra cui calcolatori indossabili neuromorfici, organi artificiali, neurorobotica morbida e protesi di pelle per sistemi intelligenti di prossima generazione.”

La ricerca include anche co-autori Hyunseok Shim, Seonmin Jang e Shubham Patel, Dipartimento di Ingegneria della Scienza e della Meccanica della Penn State; Anish Thukral e Bin Kan, Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università di Houston; Seongsik Jeong, Hyeson Jo e Hai-Jin Kim, Scuola di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale dell’Università Nazionale di Gyeongsang; Guodan Wei, Istituto Tsinghua-Berkeley Shenzhen; e Wei Lan, Scuola di Scienza e Tecnologia Fisica dell’Università di Lanzhou.