Các nhà nghiên cứu tạo ra da nhân tạo lấy cảm hứng từ da cephalopod

Một nhóm các kỹ sư tại Penn State đã khai thác các tính chất của da cephalopod tự nhiên, chẳng hạn như bạch tuộc, mực và cá mực, để tạo ra da nhân tạo có thể giãn và thông minh. Da nhân tạo này bắt chước tính đàn hồi và chức năng thần kinh của da cephalopod và nó có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như neurorobotics, prosthetic da, cơ quan nhân tạo và nhiều hơn nữa.

Nghiên cứu này đã được công bố trên Tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences. Nhóm nghiên cứu này được dẫn dắt bởi Cunjiang Yu, Giáo sư Khoa học và Cơ khí và Kỹ thuật Y sinh.

Tái tạo da cephalopod

Da cephalopod là một cơ quan mềm có thể chịu được các biến dạng phức tạp như giãn, co, uốn và xoắn. Nó cũng có các chức năng cảm giác và phản ứng nhận thức cho phép da cảm nhận ánh sáng, phản ứng và ngụy trang với thời tiết.

Loại da nhân tạo này không hoàn toàn mới và đã có các phiên bản trước với các khả năng vật lý và nhận thức tương tự. Tuy nhiên, Yu cho biết rằng không có phiên bản nào trước đó đã đồng thời thể hiện cả hai tính chất này, điều cần thiết cho các thiết bị da sinh học thông minh và điện tử.

“Mặc dù đã có một số thiết bị da ngụy trang nhân tạo được phát triển gần đây, nhưng chúng thiếu các khả năng xử lý và nhận thức phi tập trung, và các vật liệu có khả năng này lại thiếu các tính chất cơ học mạnh mẽ,” Yu cho biết. “Các thiết bị synap tổng hợp mềm mới được chúng tôi phát triển đã đạt được khả năng tính toán lấy cảm hứng từ não và hệ thống thần kinh nhân tạo có thể cảm nhận chạm và ánh sáng, và vẫn giữ được các chức năng này khi bị kéo giãn theo hai trục.”

Đạt được sự thông minh và khả năng giãn

Các nhà nghiên cứu đã đặt mục tiêu đạt được cả sự thông minh và khả năng giãn cùng một lúc, và họ đã làm được điều này bằng cách xây dựng các transistor synap được làm hoàn toàn từ vật liệu đàn hồi. Các vật liệu bán dẫn cao su này, gửi các thông điệp quan trọng đến và đi, hoạt động theo cách tương tự như các kết nối thần kinh. Chúng không bị ảnh hưởng bởi các thay đổi vật lý trong cấu trúc của hệ thống.

Yu cho biết rằng chìa khóa để tạo ra loại da nhân tạo này là sử dụng vật liệu đàn hồi cao su cho mọi thành phần, điều này đã dẫn đến thiết bị thể hiện và duy trì các hành vi synap thần kinh. Nó đã thể hiện các hành vi này, bao gồm cảm nhận hình ảnh và ghi nhớ, ngay cả khi nó bị giãn, xoắn và chọc.

“Với sự gia tăng gần đây của các thiết bị da thông minh, việc thực hiện các chức năng nhận thức vào các thiết bị này mở ra cánh cửa cho một hướng đi tương lai về các thiết bị sinh học mạnh mẽ hơn,” Yu cho biết. “Phương pháp này để thực hiện các chức năng nhận thức vào các thiết bị da thông minh có thể được áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác, bao gồm cả tính toán wearable, cơ quan nhân tạo, neurorobotics mềm và prosthetic da cho các hệ thống thông minh thế hệ tiếp theo.”

Nghiên cứu này cũng bao gồm các đồng tác giả Hyunseok Shim, Seonmin Jang và Shubham Patel, Bộ môn Khoa học và Cơ khí của Đại học Penn State; Anish Thukral và Bin Kan, Bộ môn Cơ khí của Đại học Houston; Seongsik Jeong, Hyeson Jo và Hai-Jin Kim, Trường Cơ khí và Hàng không của Đại học Quốc gia Gyeongsang; Guodan Wei, Viện Tsinghua-Berkeley Shenzhen; và Wei Lan, Trường Khoa học Vật lý và Công nghệ của Đại học Lanzhou.