研究者が頭足類からヒントを得た人工皮膚を作成

ペンシルベニア州立大学の技術者チームは、タコ、イカ、イカなど、自然界で最も魅力的な頭足類の皮膚の特性を利用して、伸縮性のあるスマートな人工皮膚を作成しました。 この人工皮膚は頭足類の皮膚の弾力性と神経機能を模倣しており、ニューロロボティクス、皮膚補綴、人工臓器などの幅広い用途に使用できる可能性がある。

研究はに掲載されました 米国科学アカデミー紀要。 このチームは、ドロシー・クイグルのキャリア開発准教授であり、工学科学と力学および生物医学工学の准教授である Cunjiang Yu 氏によって率いられました。

頭足類の皮膚の再現

頭足類の皮膚は、拡張、収縮、曲げ、ねじりなどの複雑な変形に耐えることができる柔らかい器官です。 また、皮膚が光を感知し、反応し、天候をカモフラージュできる認知的な感覚と反応機能も備えています。

このようなタイプの人工皮膚はまったく新しいものではなく、同様の身体的および認知的機能を備えた以前のバージョンもありました。 しかし、高度な人工知能生体電気皮膚装置に必要な両方の性質を同時に発揮するものは存在しないとユウ氏は言う。

「最近、いくつかの人工迷彩皮膚装置が​​開発されましたが、それらには重要な非集中型神経形態処理および認知能力が欠けており、そのような能力を備えた材料には堅牢な機械的特性が欠けています」とYu氏は述べた。 「私たちが最近開発したソフトシナプスデバイスは、脳にヒントを得たコンピューティングと、二軸に伸ばしたときにこれらの神経形態的機能を保持する、接触と光に敏感な人工神経システムを実現しました。」

スマートさとストレッチ性を実現

研究者らは、スマートさと伸縮性の両方を同時に達成することを目指し、完全にエラストマー材料で作られたシナプス トランジスタを構築することでこれを実現しました。 重要なメッセージをやり取りするゴム状の半導体は、神経接続と同じように動作します。 システム構造の物理的な変化の影響を受けません。

Yu 氏によると、このタイプの皮膚デバイスを作成する鍵となったのは、すべてのコンポーネントにエラストマーゴム状材料を使用することであり、その結果、デバイスは神経学的シナプス挙動を正常に示し、維持することができました。 伸ばしたり、ひねったり、つついたりしたときでも、画像の感知や記憶を含むこれらの行動を示すことができました。

「最近のスマート スキン デバイスの急増により、これらのデバイスにニューロモーフィック機能を実装することで、より強力なバイオミメティクスへの将来の方向性への扉が開かれます」と Yu 氏は述べています。 「認知機能をスマート スキン デバイスに実装するこの方法論は、ニューロモーフィック コンピューティング ウェアラブル、人工臓器、ソフト ニューロロボティクス、次世代インテリジェント システム用の皮膚補綴など、他の多くの分野に応用できる可能性があります。」

この研究には、ペンシルベニア州立工学科学機械学科の共著者、Hyunseok Shim、Seonmin Jang、Shubham Patel も含まれています。 アニッシュ・トゥクラル氏とビン・カン氏、ヒューストン大学機械工学科。 Seongsik Jeong、Hyeson Jo、Hai-Jin Kim、慶尚国立大学機械航空宇宙工学部。 Guodan Wei、清華バークレー深セン研究所、 蘭州大学物理科学技術学部のWei Lan氏。