Дослідники створили штучну шкіру, натхненну шкірою головоногих

Команда інженерів з Університету штату Пенсільванія використала властивості шкіри найфантастичніших головоногих, таких як восьминоги, кальмари та каракатиці, щоб створити розтяжну та розумну штучну шкіру. Штучна шкіра імітує еластичність та нейрологічні функції шкіри головоногих і може бути використана для широкого спектра застосувань, таких як нейроробототехніка, протези шкіри, штучні органи та багато іншого.

Дослідження було опубліковано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Команду очолював Куньцзян Ю, доцент кафедри інженерної науки та механіки та біомедичної інженерії.

Відтворення шкіри головоногих

Шкіра головоногих – це м’який орган, який може витримувати складні деформації, такі як розтягування, стискання, згинання та скручування. Вона також має когнітивні функції відчуття та реакції, які дозволяють шкірі відчувати світло, реагувати та маскуватися під погодні умови.

Ці штучні шкіри не є зовсім новими, і раніше існували версії з подібними фізичними та когнітивними можливостями. Але, як зазначає Ю, жодна з них не мала одночасно обидва ці властивості, які необхідні для передових, штучно інтелектуальних біоелектричних шкіряних пристроїв.

“Хоча最近 були розроблені штучні пристрої шкіри з камуфляжем, вони не мають критичних децентралізованих нейроморфних процесів та когнітивних можливостей, а матеріали з такими можливостями не мають міцних механічних властивостей”, – сказав Ю. “Наші недавно розроблені м’які синаптичні пристрої досягли脑-інспірованих обчислень та штучних нервових систем, які чутливі до дотику та світла та зберігають ці нейроморфні функції при двовимірному розтягуванні”.

Досягнення розумності та розтяжності

Дослідники поставили за мету досягти одночасно розумності та розтяжності, і вони це зробили, створивши синаптичні транзистори повністю з еластомерних матеріалів. Гумові напівпровідники, які передають важливі повідомлення туди й назад, працюють подібно до нейронних з’єднань. Вони не залежать від фізичних змін у структурі системи.

Ю каже, що ключем до створення такого типу шкіряного пристрою було використання еластомерних гумових матеріалів для кожного компонента, що призвело до того, що пристрій успішно демонстрував та підтримував нейрологічні синаптичні поведінки. Він міг демонструвати ці поведінки, включаючи сприйняття зображень та запам’ятовування, навіть коли його розтягували, скручували та кололи.

“З недавнім зростанням розумних шкіряних пристроїв, реалізація нейроморфних функцій у цих пристроях відкриває двері для майбутнього напрямку до більш потужних біоміміків”, – сказав Ю. “Цей метод реалізації когнітивних функцій у розумних шкіряних пристроях можна екстраполювати на багато інших областей, включаючи нейроморфні обчислювальні носії, штучні органи, м’яку нейроробототехніку та протези шкіри для наступних інтелектуальних систем”.

У дослідженні також брали участь співавтори Хюнсек Шим, Сонмін Джанг та Шубхам Патель, кафедра інженерної науки та механіки Університету штату Пенсільванія; Аніш Тукрал та Бін Кан, кафедра механічної інженерії Університету Х’юстона; Сонгсік Джонг, Хьосон Джо та Хай-Джин Кім, школа механічної та аерокосмічної інженерії Національного університету Кьонсан; Гуодан Вей, Інститут Цінхуа-Берклі Шеньчжен; та Вей Лан, школа фізичної науки та технологій Ланьчжоу.