研究人员创建了cephalopod启发的人工皮肤

宾夕法尼亚州立大学的一组工程师利用了大自然中最迷人的头足类动物（如章鱼、鱿鱼和鱿鱼）的皮肤特性，创建了可伸缩和智能的人工皮肤。人工皮肤模仿了头足类皮肤的弹性和神经功能，它可以用于广泛的应用，如神经机器人、皮肤假肢、人工器官等。

该研究发表在美国国家科学院院刊上。该团队由Cunjiang Yu领导，他是工程科学和机械工程的Dorothy Quiggle职业发展副教授。

重现头足类皮肤

头足类皮肤是一种软组织，可以承受复杂的变形，如膨胀、收缩、弯曲和扭曲。它还具有认知感知和反应功能，能够感知光线、反应和伪装其天气。

这种类型的人工皮肤并不是完全新鲜的，之前已经有类似的物理和认知能力。但是，Yu说，没有一个同时具备这两个特性的设备，这对于先进的、人工智能的生物电皮肤设备是必要的。

“虽然最近已经开发了几种人工伪装皮肤设备，但它们缺乏关键的非集中神经形态处理和认知能力，具有这些能力的材料缺乏强大的机械性能，”Yu说。“我们最近开发的软突触设备实现了脑启发式计算和人工神经系统，对触摸和光线敏感，即使在双轴拉伸时也能保持这些神经形态功能。”

实现智能和可伸缩性

研究人员旨在同时实现智能和可伸缩性，他们通过使用完全由弹性材料制成的突触晶体管来实现这一目标。这些橡胶半导体发送关键消息，类似于神经连接，不受系统结构的物理变化的影响。

Yu说，创建此类皮肤设备的关键是使用弹性材料来制作每个组件，这使得设备能够成功地表现和维持神经突触行为。即使在拉伸、扭曲和戳时，它也能表现出这些行为，包括图像感知和记忆。

“随着智能皮肤设备的近期激增，将神经形态功能实现到这些设备中为更强大的生物仿真打开了大门，”Yu说。“将认知功能实现到智能皮肤设备的这种方法可以扩展到许多其他领域，包括神经形态计算可穿戴设备、人工器官、软神经机器人和皮肤假肢，以实现下一代智能系统。”

该研究还包括联合作者Hyunseok Shim、Seonmin Jang和Shubham Patel，宾夕法尼亚州立大学工程科学和机械工程系；Anish Thukral和Bin Kan，休斯顿大学机械工程系；Seongsik Jeong、Hyeson Jo和Hai-Jin Kim，庆尚国立大学机械和航空工程学院；Guodan Wei，清华-伯克利深圳学院；以及Wei Lan，兰州大学物理科学和技术学院。