Cercetătorii creează o piele artificială inspirată de cea a cefalopodelor

O echipă de ingineri de la Penn State a exploatat proprietățile pielii cefalopodelor, cum ar fi octopușii, calmarul și sepia, pentru a crea o piele artificială elastică și inteligentă. Pielea artificială imită elasticitatea și funcțiile neurologice ale pielii cefalopodelor și ar putea fi utilizată într-o varietate de aplicații, cum ar fi neurorobotica, protezele de piele, organele artificiale și altele.

Cercetarea a fost publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences. Echipa a fost condusă de Cunjiang Yu, profesor asociat de știință și mecanică și inginerie biomedicală.

Recrearea pielii cefalopodelor

Pielea cefalopodelor este un organ moale care poate suporta deformări complexe, cum ar fi extinderea, contractarea, îndoirea și răsucirea. De asemenea, are funcții cognitive de simț și răspuns care permit pielii să simtă lumina, să reacționeze și să se camufleze în funcție de vreme.

Acest tip de piele artificială nu este cu totul nou, și au existat versiuni anterioare cu capacități fizice și cognitive similare. Dar, Yu spune că niciuna dintre ele nu a expus în același timp ambele calități, care sunt necesare pentru dispozitivele bioelectrice inteligente și artificiale.

“Deși au fost dezvoltate recent dispozitive de camuflaj cu piele artificială, ele lipsesc funcțiile critice de procesare neuromorfică și cognitivă, și materialele cu astfel de capacități lipsesc proprietăți mecanice robuste”, a spus Yu. “Dispozitivele noastre sintetice moi au realizat calculul inspirat de creier și sistemele nervoase artificiale care sunt sensibile la atingere și lumină și care păstrează aceste funcții neuromorfice atunci când sunt întinse în două direcții.”

Atingerea inteligenței și elasticității

Cercetătorii au încercat să atingă în același timp inteligența și elasticitatea, și au reușit acest lucru prin construirea unor tranzistoare sinaptice realizate în întregime din materiale elastomerice. Semiconductoarele cauciucate, care transmit mesaje critice înapoi și înapoi, funcționează în mod similar cu conexiunile neuronale. Ele nu sunt afectate de schimbările fizice în structura sistemului.

Yu spune că cheia pentru crearea acestui tip de dispozitiv de piele a fost să se utilizeze materiale elastomerice pentru fiecare component, ceea ce a dus la faptul că dispozitivul a expus și a păstrat cu succes comportamente sinaptice neurologice. A putut să expună aceste comportamente, inclusiv senzarea imaginilor și memorizarea, chiar și atunci când a fost întins, răsucit și atins.

“Cu avântul recent al dispozitivelor de piele inteligentă, implementarea funcțiilor neuromorfice în aceste dispozitive deschide ușa către o direcție viitoare către biomimetice mai puternice”, a spus Yu. “Această metodă de implementare a funcțiilor cognitive în dispozitivele de piele inteligentă ar putea fi extrapolată în multe alte domenii, inclusiv computerele neuromorfice purtabile, organele artificiale, neurorobotica moale și protezele de piele pentru sistemele inteligente de generație următoare.”

Cercetarea a inclus și co-autorii Hyunseok Shim, Seonmin Jang și Shubham Patel, Departamentul de știință și mecanică al ingineriei de la Penn State; Anish Thukral și Bin Kan, Departamentul de inginerie mecanică al Universității din Houston; Seongsik Jeong, Hyeson Jo și Hai-Jin Kim, Școala de inginerie mecanică și aerospațială a Universității Naționale Gyeongsang; Guodan Wei, Institutul Tsinghua-Berkeley Shenzhen; și Wei Lan, Școala de știință și tehnologie fizică a Universității Lanzhou.