Skóra głowonogów, takich jak ośmiornice, kałamarnice i mątwy, jest elastyczna i inteligentna, co przyczynia się do zdolności tych stworzeń do wyczuwania otoczenia i reagowania na nie. Współpraca pod przewodnictwem Penn State wykorzystała te właściwości do stworzenia sztucznej skóry, która naśladuje zarówno elastyczność, jak i funkcje neurologiczne skóry głowonogów, z potencjalnymi zastosowaniami w neurorobotyce, protetyce skóry, sztucznych organach i nie tylko.
Zespół kierowany przez Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle, profesor nadzwyczajny ds. rozwoju kariery w dziedzinie inżynierii, mechaniki i inżynierii biomedycznej, opublikował swoje odkrycia 1 czerwca w Proceedings of the National Academy of Sciences.
Skóra głowonogów to miękki narząd, który może znosić złożone deformacje, takie jak rozszerzanie się, kurczenie, zginanie i skręcanie. Posiada również funkcje poznawcze zmysłów i reakcji, które umożliwiają skórze wyczuwanie światła, reagowanie i kamuflowanie osoby noszącej. Chociaż sztuczna skóra z tymi fizycznymi lub poznawczymi zdolnościami istniała wcześniej, według Yu, do tej pory żadna nie wykazywała jednocześnie obu cech – kombinacji potrzebnej do zaawansowanych, sztucznie inteligentnych bioelektronicznych urządzeń do skóry.
„Chociaż niedawno opracowano kilka urządzeń do sztucznego kamuflażu skóry, brakuje im krytycznych niescentralizowanych zdolności przetwarzania neuromorficznego i poznawczego, a materiały o takich zdolnościach nie mają solidnych właściwości mechanicznych” – powiedział Yu. „Nasze niedawno opracowane miękkie urządzenia synaptyczne osiągnęły inspirowane mózgiem komputery i sztuczne systemy nerwowe, które są wrażliwe na dotyk i światło, które zachowują te neuromorficzne funkcje po dwuosiowym rozciągnięciu”.
Aby jednocześnie osiągnąć zarówno spryt, jak i rozciągliwość, naukowcy skonstruowali tranzystory synaptyczne w całości z materiałów elastomerowych. Te gumowate półprzewodniki działają w podobny sposób jak połączenia neuronowe, wymieniając krytyczne komunikaty na potrzeby całego systemu, niewrażliwe na fizyczne zmiany w strukturze systemu. Według Yu kluczem do stworzenia urządzenia z miękką skórą, zarówno poznawczego, jak i rozciągającego, było użycie elastomerowych materiałów gumowych w każdym elemencie. Podejście to zaowocowało urządzeniem, które może z powodzeniem wykazywać i utrzymywać neurologiczne zachowania synaptyczne, takie jak wykrywanie obrazu i zapamiętywanie, nawet po rozciągnięciu, skręceniu i wstawieniu o 30% poza naturalny stan spoczynku.
„Dzięki niedawnemu wzrostowi liczby inteligentnych urządzeń do skóry, wdrożenie funkcji neuromorficznych w tych urządzeniach otwiera drzwi do przyszłego kierunku w kierunku potężniejszej biomimetyki” – powiedział Yu. „Ta metodologia wdrażania funkcji kognitywnych w inteligentnych urządzeniach do skóry może być ekstrapolowana na wiele innych obszarów, w tym na urządzenia do noszenia z neuromorficznym komputerem, sztuczne narządy, miękką neurorobotykę i protetykę skóry dla inteligentnych systemów nowej generacji”.
Pracę tę wsparło Biuro Badań Morskich Młodych Badaczy i Narodowa Fundacja Nauki.
Współautorami są Hyunseok Shim, Seonmin Jang i Shubham Patel, Penn State Department of Engineering Science and Mechanics; Anish Thukral i Bin Kan, Wydział Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu w Houston; Seongsik Jeong, Hyeson Jo i Hai-Jin Kim, Gyeongsang National University School of Mechanical and Aerospace Engineering; Guodan Wei, Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute; oraz Wei Lan, Lanzhou University School of Physical Science and Technology.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Penn State. Oryginał napisany przez Mary Fetzer. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.