მკვლევარებმა შექმნეს ცეფალოპოდის შთაგონებით ხელოვნური კანი

ინჟინრების ჯგუფმა პენის შტატში გამოიყენა ბუნების ყველაზე მომხიბლავი ცეფალოპოდების კანის თვისებები, როგორიცაა რვაფეხა, კალმარი და კუტი თევზი ელასტიური და ჭკვიანი ხელოვნური კანის შესაქმნელად. ხელოვნური კანი მიბაძავს ცეფალოპოდების კანის ელასტიურობას და ნევროლოგიურ ფუნქციებს და ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფართო სპექტრისთვის, როგორიცაა ნეირორობოტიკა, კანის პროთეზირება, ხელოვნური ორგანოები და სხვა.

კვლევა გამოქვეყნდა ქ შრომები მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის. გუნდს ხელმძღვანელობდა კუნიან იუ, დოროთი ქუიგლის კარიერის განვითარების ასოცირებული პროფესორი საინჟინრო მეცნიერებისა და მექანიკის და ბიოსამედიცინო ინჟინერიაში.

ცეფალოპოდების კანის აღდგენა

ცეფალოპოდის კანი რბილი ორგანოა, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს რთულ დეფორმაციებს, როგორიცაა გაფართოება, შეკუმშვა, მოხრა და გრეხილი. მას ასევე აქვს შემეცნებითი გრძნობა და რეაგირების ფუნქციები, რაც საშუალებას აძლევს კანს იგრძნოს სინათლე, რეაგირება და შენიღბვა თავის ამინდზე.

ამ ტიპის ხელოვნური ტყავი მთლად ახალი არ არის და იყო წინა ვერსიები მსგავსი ფიზიკური და შემეცნებითი შესაძლებლობებით. მაგრამ, იუ ამბობს, რომ არცერთს არ გამოუჩენია ორივე თვისება ერთდროულად, რაც აუცილებელია კანის მოწინავე, ხელოვნურად ინტელექტუალური ბიოელექტრული მოწყობილობებისთვის.

„მიუხედავად იმისა, რომ ახლახან შეიქმნა რამდენიმე ხელოვნური შენიღბვის კანის მოწყობილობა, მათ არ გააჩნიათ კრიტიკული არაცენტრალიზებული ნეირომორფული დამუშავებისა და შემეცნების შესაძლებლობები და ასეთი შესაძლებლობების მქონე მასალებს არ გააჩნიათ ძლიერი მექანიკური თვისებები“, - თქვა იუ. „ჩვენმა ახლახან შემუშავებულმა რბილ სინაფსურ მოწყობილობებმა მიაღწიეს ტვინის ინსპირირებულ გამოთვლებს და ხელოვნურ ნერვულ სისტემებს, რომლებიც მგრძნობიარეა შეხებისა და სინათლის მიმართ, რომლებიც ინარჩუნებენ ამ ნეირომორფულ ფუნქციებს ბიაქსიალურად გაჭიმვისას“.

ჭკვიანობისა და გაჭიმვის მიღწევა

მკვლევარებმა მიაღწიეს ერთდროულად ჭკვიანურობას და დაჭიმულობას და ეს გააკეთეს სინაფსური ტრანზისტორების აგებით, რომლებიც მთლიანად დამზადებულია ელასტომერული მასალებისგან. რეზინის ნახევარგამტარები, რომლებიც აგზავნიან კრიტიკულ შეტყობინებებს წინ და უკან, მოქმედებენ ნერვული კავშირების მსგავსად. მათზე გავლენას არ ახდენს სისტემის სტრუქტურაში ფიზიკური ცვლილებები.

იუ ამბობს, რომ ამ ტიპის კანის მოწყობილობის შექმნის გასაღები იყო ელასტომერული რეზინის მასალების გამოყენება ყველა კომპონენტისთვის, რის შედეგადაც მოწყობილობამ წარმატებით გამოავლინა და შეინარჩუნა ნევროლოგიური სინაფსური ქცევები. მას შეეძლო გამოეჩინა ეს ქცევები, მათ შორის გამოსახულების აღქმა და დამახსოვრება, მაშინაც კი, როდესაც ის იყო დაჭიმული, დაგრეხილი და დახრილი.

„ჭკვიანი კანის მოწყობილობების ბოლოდროინდელი ზრდის გამო, ამ მოწყობილობებში ნეირომორფული ფუნქციების დანერგვა ხსნის კარს სამომავლო მიმართულებისთვის უფრო ძლიერი ბიომიმეტიკებისკენ“, - თქვა იუ. „სმარტ კანის მოწყობილობებში შემეცნებითი ფუნქციების განხორციელების ეს მეთოდოლოგია შეიძლება ექსტრაპოლირებული იყოს ბევრ სხვა სფეროში, მათ შორის ნეირომორფული გამოთვლითი მოწყობილობების, ხელოვნური ორგანოების, რბილი ნეირორობოტიკისა და კანის პროთეზირების შემდეგი თაობის ინტელექტუალური სისტემებისთვის“.

კვლევა ასევე მოიცავდა თანაავტორებს Hyunseok Shim, Seonmin Jang და Shubham Patel, Penn State Department of Engineering Science and Mechanics; ანიშ თუკრალი და ბინ კანი, ჰიუსტონის უნივერსიტეტის მექანიკური ინჟინერიის დეპარტამენტი; Seongsik Jeong, Hyeson Jo და Hai-Jin Kim, Gyeongsang ეროვნული უნივერსიტეტის მექანიკური და კოსმოსური ინჟინერიის სკოლა; Guodan Wei, Tsinghua-Berkeley Shenzhen ინსტიტუტი; და Wei Lan, ლანჯოუს უნივერსიტეტის ფიზიკური მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სკოლა.