研究人员创造出受头足类动物启发的人造皮肤

宾夕法尼亚州立大学的一个工程师团队利用自然界最迷人的头足类动物（例如章鱼、鱿鱼和墨鱼）的皮肤特性来创造出有弹性的智能人造皮肤。 人造皮肤模仿头足类皮肤的弹性和神经功能，可用于神经机器人、皮肤修复、人造器官等广泛应用。

该研究发表在 诉讼中的国家科学院院士。 该团队由工程科学与力学和生物医学工程多萝西·奎格尔职业发展副教授于存江领导。

重建头足类动物皮肤

头足类动物的皮肤是一种柔软的器官，可以承受复杂的变形，如扩张、收缩、弯曲和扭曲。 它还具有认知感知和响应功能，使皮肤能够感知光线、做出反应并伪装天气。

这些类型的人造皮肤并不是全新的，之前已经有具有类似物理和认知能力的版本。 但是，Yu 表示，没有一个能够同时表现出这两种品质，而这对于先进的人工智能生物电皮肤设备来说是必需的。

“尽管最近开发了几种人造伪装皮肤装置，但它们缺乏关键的非集中神经形态处理和认知能力，并且具有这种能力的材料缺乏强大的机械性能，”于说。 “我们最近开发的软突触设备已经实现了受大脑启发的计算和人工神经系统，这些系统对触摸和光敏感，在双轴拉伸时保留了这些神经形态功能。”

实现智能性和可拉伸性

研究人员着手同时实现智能性和可拉伸性，他们通过构建完全由弹性体材料制成的突触晶体管来实现这一目标。 橡胶半导体来回发送关键信息，其运作方式与神经连接类似。 它们不受系统结构物理变化的影响。

Yu说，制造这种类型的皮肤装置的关键是为每个组件使用弹性橡胶材料，这使得该装置成功地表现出并维持神经突触行为。 即使在被拉伸、扭曲和戳戳时，它也能够表现出这些行为，包括图像感知和记忆。

“随着最近智能皮肤设备的激增，在这些设备中实现神经形态功能为未来走向更强大的仿生学方向打开了大门，”于说。 “这种在智能皮肤设备中实现认知功能的方法可以推广到许多其他领域，包括神经形态计算可穿戴设备、人造器官、软神经机器人和下一代智能系统的皮肤修复术。”

该研究的合著者还包括宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系的 Hyunseok Shim、Seonmin Jang 和 Shubham Patel； Anish Thukral 和 Bin Kan，休斯顿大学机械工程系； Seongsik Jeong、Hyeson Jo 和 Hai-Jin Kim，庆尚国立大学机械与航空航天工程学院； 魏国丹，清华-伯克利深圳学院； 魏兰，兰州大学物质科学与技术学院。