Исследователи создали искусственную кожу, вдохновленную головоногими моллюсками

Команда инженеров из Penn State использовала свойства кожи самых очаровательных головоногих моллюсков, таких как осьминоги, кальмары и каракатицы, для создания эластичной и умной искусственной кожи. Искусственная кожа имитирует эластичность и неврологические функции кожи головоногих, и ее можно использовать для широкого спектра применений, таких как нейроробототехника, кожные протезы, искусственные органы и многое другое.

Исследование было опубликовано в Труды Национальной академии наук. Команду возглавил Цуньцзян Юй, адъюнкт-профессор развития карьеры Дороти Куиггл в области технических наук, механики и биомедицинской инженерии.

Воссоздание кожи головоногих моллюсков

Кожа головоногих — это мягкий орган, способный выдерживать сложные деформации, такие как расширение, сжатие, изгиб и скручивание. У него также есть когнитивные функции восприятия и реагирования, которые позволяют коже ощущать свет, реагировать и маскироваться под погоду.

Эти типы искусственной кожи не совсем новы, и были предыдущие версии с аналогичными физическими и когнитивными возможностями. Но, по словам Ю, ни один из них не обладает одновременно обоими качествами, что необходимо для передовых биоэлектрических кожных устройств с искусственным интеллектом.

«Несмотря на то, что недавно было разработано несколько устройств с искусственной камуфляжной кожей, им не хватает критически важных нецентрализованных нейроморфных возможностей обработки и познания, а материалы с такими возможностями не обладают надежными механическими свойствами», — сказал Юй. «Наши недавно разработанные мягкие синаптические устройства позволили создать компьютеры, вдохновленные мозгом, и искусственные нервные системы, чувствительные к прикосновению и свету, которые сохраняют эти нейроморфные функции при двухосном растяжении».

Достижение элегантности и растяжимости

Исследователи поставили перед собой задачу одновременно добиться гибкости и растяжимости, и они сделали это, создав синаптические транзисторы, полностью изготовленные из эластомерных материалов. Эластичные полупроводники, которые отправляют критические сообщения туда и обратно, работают аналогично нейронным связям. На них не влияют физические изменения в структуре системы.

Ю говорит, что ключом к созданию кожных устройств такого типа было использование эластомерных каучуковых материалов для каждого компонента, в результате чего устройство успешно демонстрировало и поддерживало нейрологическое синаптическое поведение. Он мог демонстрировать такое поведение, включая восприятие образов и запоминание, даже когда его растягивали, скручивали и тыкали.

«В связи с недавним всплеском устройств «умной кожи» реализация нейроморфных функций в этих устройствах открывает двери для будущего движения к более мощным биомиметикам», — сказал Ю. «Эту методологию внедрения когнитивных функций в устройства «умной кожи» можно экстраполировать на многие другие области, включая носимые нейроморфные вычисления, искусственные органы, мягкую нейроробототехнику и кожные протезы для интеллектуальных систем следующего поколения».

В исследовании также участвовали соавторы Хёнсок Шим, Сонмин Джанг и Шубхам Патель, Департамент инженерных наук и механики штата Пенсильвания; Аниш Тукрал и Бин Кан, факультет машиностроения Хьюстонского университета; Seongsik Jeong, Hyeson Jo и Hai-Jin Kim, Школа машиностроения и аэрокосмической техники Национального университета Кёнсан; Годан Вэй, Шэньчжэньский институт Цинхуа-Беркли; и Вэй Лан, Школа физических наук и технологий Ланьчжоуского университета.