Исследователи Создают Искусственную Кожу, Вдохновленную Кожей Цефалопод

Команда инженеров из Penn State использовала свойства кожи самых fasciniruyuschih цефалоподов, таких как осьминоги, кальмары и каракатицы, для создания растяжимой и умной искусственной кожи. Искусственная кожа имитирует эластичность и нейрологические функции кожи цефалоподов и может быть использована для широкого спектра применений, таких как нейроробототехника, кожные протезы, искусственные органы и многое другое.

Исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Команду возглавлял Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics and Biomedical Engineering.

Воссоздание Кожи Цефалопод

Кожа цефалоподов – это мягкий орган, который может выдерживать сложные деформации, такие как расширение, сжатие, изгиб и скручивание. Она также имеет когнитивные функции чувствования и реагирования, которые позволяют коже чувствовать свет, реагировать и маскироваться под погоду.

Такие искусственные кожи не являются полностью новыми, и ранее были разработаны версии с подобными физическими и когнитивными возможностями. Но, по словам Yu, ни одна из них не обладала одновременно обоими качествами, что необходимо для продвинутых, искусственно интеллектуальных биоэлектрических кожных устройств.

“Хотя были недавно разработаны искусственные устройства камуфляжной кожи, они лишены критически важных нецентрализованных нейроморфных процессов и когнитивных возможностей, и материалы с такими возможностями лишены прочных механических свойств”, – сказал Yu. “Наша недавно разработанная мягкая синаптическая устройство достигла вдохновленного мозгом вычисления и искусственных нервных систем, которые чувствительны к прикосновению и свету и сохраняют эти нейроморфные функции при бiaxially растяжении.”

Достижение Умности и Растяжимости

Исследователи поставили цель достичь одновременно умности и растяжимости, и они сделали это, построив синаптические транзисторы, изготовленные полностью из эластомерных материалов. Резиновые полупроводники, которые отправляют важные сообщения туда и обратно, работают подобно нейронным связям. Они не затронуты физическими изменениями в структуре системы.

Yu говорит, что ключом к созданию такого типа кожных устройств было использование эластомерных резиновых материалов для каждого компонента, что привело к тому, что устройство успешно демонстрировало и сохраняло нейрологические синаптические поведения. Оно смогло демонстрировать эти поведения, включая чувствование изображений и запоминание, даже когда оно было растянуто, скручено и проколото.

“С недавним всплеском умных кожных устройств, реализация нейроморфных функций в этих устройствах открывает дверь для будущего направления к более мощным биомиметикам”, – сказал Yu. “Этот метод реализации когнитивных функций в умные кожные устройства может быть экстраполирован во многие другие области, включая нейроморфные вычислительные носимые устройства, искусственные органы, мягкую нейроробототехнику и кожные протезы для следующего поколения интеллектуальных систем.”

В исследовании также приняли участие соавторы Hyunseok Shim, Seonmin Jang и Shubham Patel, Penn State Department of Engineering Science and Mechanics; Anish Thukral и Bin Kan, University of Houston Department of Mechanical Engineering; Seongsik Jeong, Hyeson Jo и Hai-Jin Kim, Gyeongsang National University School of Mechanical and Aerospace Engineering; Guodan Wei, Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute; и Wei Lan, Lanzhou University School of Physical Science and Technology.