Naukowcy Tworzą Sztuczną Skórę Zainspirowaną Skórą Cephalopodów

Zespół inżynierów z Penn State wykorzystał właściwości skóry najbardziej fascynujących cephalopodów, takich jak ośmiornice, kałamarnice i sepia, aby stworzyć rozciągliwą i inteligentną sztuczną skórę. Sztuczna skóra naśladuje elastyczność i funkcje nerwowe skóry cephalopodów i może być wykorzystywana w szerokim zakresie aplikacji, takich jak neurorobotyka, protezy skóry, sztuczne organy i wiele innych.

Badania zostały opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences. Zespół był prowadzony przez Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics and Biomedical Engineering.

Odtwarzanie Skóry Cephalopodów

Skóra cephalopodów jest miękkim organem, który może wytrzymać złożone deformacje, takie jak rozszerzanie, kurczenie, zginanie i skręcanie. Posiada również funkcje poznawcze, które umożliwiają skórze odczuwanie światła, reagowanie i kamuflaż.

Tego typu sztuczne skóry nie są całkowicie nowe, i wcześniej zostały stworzone wersje z podobnymi właściwościami fizycznymi i poznawczymi. Ale, jak mówi Yu, żadna z nich nie wykazała jednocześnie obu tych cech, co jest niezbędne dla zaawansowanych, sztucznie inteligentnych urządzeń bioelektrycznych.

“Chociaż ostatnio zostały opracowane urządzenia kamuflażu skóry, brakuje im krytycznych, niecentralnych zdolności przetwarzania i poznawczych, a materiały o takich zdolnościach brakuje wytrzymałych właściwości mechanicznych”, powiedział Yu. “Nasze ostatnio opracowane urządzenia synaptyczne osiągnęły komputowanie zainspirowane mózgiem i sztuczne systemy nerwowe, które są wrażliwe na dotyk i światło, a także zachowują te funkcje neuromorficzne, gdy są rozciągane w dwóch kierunkach.”

Osiąganie Inteligencji i Rozciągliwości

Naukowcy postanowili osiągnąć jednocześnie inteligencję i rozciągliwość, i zrobili to, budując tranzystory synaptyczne wykonane całkowicie z materiałów elastomerowych. Te gumowe półprzewodniki, które wysyłają istotne wiadomości tam i z powrotem, działają w sposób podobny do połączeń nerwowych. Nie są one wpływane przez zmiany fizyczne w strukturze systemu.

Yu mówi, że kluczem do stworzenia tego typu urządzenia skóry było użycie materiałów elastomerowych dla każdego komponentu, co skutkowało tym, że urządzenie pomyślnie wykazało i utrzymało zachowania synaptyczne. Było w stanie wykazać te zachowania, w tym odczuwanie obrazu i zapamiętywanie, nawet gdy było rozciągane, skręcane i popychane.

“Z ostatnim napływem inteligentnych urządzeń skóry, wdrożenie funkcji neuromorficznych w te urządzenia otwiera drzwi do przyszłego kierunku w stronę bardziej potężnych biomimetycznych”, powiedział Yu. “Ta metoda wdrożenia funkcji poznawczych w inteligentne urządzenia skóry może być ekstrapolowana na wiele innych obszarów, w tym neurorobotykę, sztuczne organy, miękką neurorobotykę i protezy skóry dla następnych inteligentnych systemów.”

Badania obejmowały również współautorów Hyunseok Shim, Seonmin Jang i Shubham Patel, Penn State Department of Engineering Science and Mechanics; Anish Thukral i Bin Kan, University of Houston Department of Mechanical Engineering; Seongsik Jeong, Hyeson Jo i Hai-Jin Kim, Gyeongsang National University School of Mechanical and Aerospace Engineering; Guodan Wei, Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute; oraz Wei Lan, Lanzhou University School of Physical Science and Technology.