Forskare Skapar Konstgjord Hud Inspirerad Av Bläckfiskar

Ett team av ingenjörer vid Penn State har utnyttjat egenskaperna hos hud hos naturens mest fascinerande bläckfiskar, såsom bläckfiskar, bläckfiskar och sepia, för att skapa en sträckbar och smart konstgjord hud. Den konstgjorda huden imiterar elasticiteten och neurologiska funktionerna hos bläckfiskhud och kan användas för en mängd olika tillämpningar, såsom neurorobotik, hudproteser, konstgjorda organ och mer.

Forskningen publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences. Teamet leddes av Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics och Biomedical Engineering.

Återskapande Av Bläckfiskhud

Bläckfiskhud är ett mjukt organ som kan uthärda komplexa deformationer som utvidgning, sammandragning, böjning och vridning. Den har också kognitiva sensoriska och responsfunktioner som möjliggör för huden att känna ljus, reagera och kamouflera sig till väder.

Dessa typer av konstgjorda hud är inte helt nya, och det har funnits tidigare versioner med liknande fysiska och kognitiva förmågor. Men, Yu säger att ingen av dem har samtidigt visat båda kvaliteterna, vilket är nödvändigt för avancerade, konstgjorda bioelektriska hudenheter.

“Även om flera konstgjorda kamouflagehudenheter nyligen har utvecklats, saknar de kritiska icke-centraliserade neuromorfiska bearbetnings- och kognitiva förmågor, och material med sådana förmågor saknar robusta mekaniska egenskaper”, sa Yu. “Våra nyligen utvecklade mjuka synaptiska enheter har uppnått hjärninspirerad beräkning och konstgjorda nervsystem som är känsliga för beröring och ljus och behåller dessa neuromorfiska funktioner när de är biaxiellt sträckta.”

Uppnående Av Smartness Och Sträckbarhet

Forskarna satte sig för att uppnå både smartness och sträckbarhet samtidigt, och de gjorde detta genom att bygga synaptiska transistorer tillverkade helt av elastomeriska material. De gummiartade halvledarna, som skickar kritiska meddelanden fram och tillbaka, fungerar på ett liknande sätt som neurala anslutningar. De påverkas inte av de fysiska förändringarna i systemets struktur.

Yu säger att nyckeln till att skapa denna typ av hud-enhet var att använda elastomeriska gummiartade material för varje komponent, vilket resulterade i att enheten framgångsrikt visade och behöll neurologiska synaptiska beteenden. Den kunde visa dessa beteenden, inklusive bildsensing och minnesfunktioner, även när den var sträckt, vriden och poked.

“Med den senaste ökningen av smarta hudenheter, implementering av neuromorfiska funktioner i dessa enheter öppnar dörren för en framtid med mer kraftfull biomimetik”, sa Yu. “Denna metod för att implementera kognitiva funktioner i smarta hudenheter kan extrapoleras till många andra områden, inklusive neuromorfisk datorberäkning, konstgjorda organ, mjuk neurorobotik och hudproteser för nästa generations intelligenta system.”

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