タコやイカ、カミナリイカの皮膚を模した人工皮膚を開発

ペンシルベニア州立大学のエンジニアチームは、タコ、イカ、カミナリイカなどの頭足類の皮膚の特性を利用して、伸縮性と知能を持つ人工皮膚を開発しました。この人工皮膚は、頭足類の皮膚の弾性と神経機能を模倣しており、神経ロボティクス、皮膚プロテーゼ、人工臓器などの幅広い応用が可能です。

この研究は、米国科学アカデミー紀要に掲載されています。研究チームは、Cunjiang Yu博士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、柔らかい器官で、複雑な変形を耐えることができます。たとえば、膨張、収縮、曲げ、ねじることができます。また、光を感知し、反応し、天候に合わせてカモフラージュすることができます。

このような人工皮膚は、新しいものではありません。以前にも、類似の物理的および認知的能力を持つ人工皮膚が開発されていました。しかし、Yu博士によると、これらの人工皮膚は、同時に両方の特性を示すことができませんでした。これは、先進的な、人工知能を備えたバイオエレクトリック皮膚デバイスに必要な特性です。

“最近、人工カモフラージュ皮膚デバイスが開発されてきましたが、非集中型ニューロモルフィック処理および認知能力が欠けています。また、こうした能力を持つ材料は、機械的特性が劣るという問題があります。私たちが最近開発したソフトシナプスデバイスは、脳にインスパイアされたコンピューティングおよび人工神経系を実現しており、触覚や光に反応する能力を保持しながら、双軸的に伸縮することができます。”とYu博士は述べています。

知能と伸縮性の実現

研究者たちは、同時に知能と伸縮性を実現することを目指しました。彼らは、エラストマー材料で作られたシナプス・トランジスターを構築することでこれを実現しました。ゴムのような半導体は、神経接続と同様の方法で重要なメッセージを送信し、システムの構造の物理的変化に影響を受けません。

Yu博士によると、このような皮膚デバイスを作成するための鍵は、すべてのコンポーネントでエラストマー・ゴム材料を使用することでした。結果として、デバイスは神経シナプスの挙動を示し、伸縮、ねじり、刺激されてもこれらの挙動を維持することができました。

“スマートスキンデバイスの最近のブームにより、これらのデバイスにニューロモル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道が開けられます。このスマートスキンデバイスに認知機能を実装するための方法論は、ニューロモルフィック・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、皮膚プロテーゼなどの分野に広く応用できます。”とYu博士は述べています。

この研究には、Hyunseok Shim、Seonmin Jang、Shubham Patel（ペンシルベニア州立大学エンジニアリング科学メカニクス学科）、Anish Thukral、Bin Kan（ヒューストン大学メカニカルエンジニアリング学科）、Seongsik Jeong、Hyeson Jo、Hai-Jin Kim（慶尚国立大学機械・航空工学部）、Guodan Wei（清華大学バークレー深圳研究所）、Wei Lan（蘭州大学物理科学技術学院）などが共同研究者として参加しています。