Gumová maskovací kůže vykazuje chytré a pružné chování

Gumová maskovací kůže vykazuje chytré a pružné chování

Kůže hlavonožců, jako jsou chobotnice a sépie, je pružná a chytrá, což přispívá ke schopnosti těchto tvorů vnímat své okolí a reagovat na něj. Spolupráce pod vedením Penn State využila tyto vlastnosti k vytvoření umělé kůže, která napodobuje jak elasticitu, tak neurologické funkce kůže hlavonožců, s potenciálními aplikacemi pro neurorobotiku, kožní protetiku, umělé orgány a další.


Tým vedený Cunjiang Yu, Dorothy Quiggleovou, docentkou pro rozvoj inženýrské vědy a mechaniky a biomedicínského inženýrství, publikoval svá zjištění 1. června v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences .

Kůže hlavonožců je měkký orgán, který může vydržet složité deformace, jako je roztahování, smršťování, ohýbání a kroucení. Má také kognitivní funkce, smysly a reakce, které umožňují pokožce vnímat světlo, reagovat a maskovat svého nositele. Zatímco umělé kůže s těmito fyzickými nebo těmito kognitivními schopnostmi existovaly již dříve, podle Yu dosud žádná nevykazovala současně obě vlastnosti tedy kombinaci potřebnou pro pokročilé, uměle inteligentní bioelektronické kožní zařízení a mechanické vlastnosti jako je pružnost, ohebnost, atd.

"Ačkoli bylo nedávno vyvinuto několik zařízení s umělou maskovací kůží, postrádají kritické necentralizované zpracování informací, rozpoznávací schopnosti a materiály s takovými schopnostmi, které by jí dodali robustní mechanické vlastnosti," řekla Yu. "Naše nedávno vyvinutá měkká synaptická zařízení jsou plná mozkem inspirovaných počítačů a umělých nervových systémů, které jsou citlivé na dotek a světlo a které si zachovávají tyto neuromorfní funkce, i když jsou pružně nataženy nebo stlačeny."

Aby bylo současně dosaženo chytrosti a roztažnosti, výzkumníci zkonstruovali synaptické tranzistory výhradně z elastomerních materiálů. Tyto pryžové polovodiče fungují podobným způsobem jako neurální spojení, vyměňují si kritické zprávy pro potřeby celého systému a jsou odolné vůči fyzickým změnám ve struktuře systému. Klíčem k vytvoření zařízení s měkkou pokožkou s kognitivními i protahovacími schopnostmi bylo podle Yu použití elastomerních pryžových materiálů pro každou součást. Tento přístup vyústil v zařízení, které může úspěšně mechanicky namáhat a udržovat neurologické synaptické chování, jako je snímání obrazu a zapamatování, i když je nataženo, zkrouceno a šťoucháno o 30 % z přirozeného klidového stavu.

"S nedávným nárůstem chytrých kožních zařízení otevírá implementace neuromorfních funkcí do těchto zařízení dveře pro budoucí směřování k výkonnějším biosenzorů," řekl Yu. "Tato metodika implementace kognitivních funkcí do chytrých kožních zařízení by mohla být extrapolována do mnoha dalších oblastí, včetně neuromorfních počítačových nositelných zařízení, umělých orgánů, měkké neurorobotiky a kožní protetiky pro inteligentní systémy nové generace."