La pelle mimetica gommosa mostra comportamenti intelligenti ed elastici
I ricercatori guidati dalla Penn State sviluppano la prima pelle artificiale per mantenere le caratteristiche cognitive quando deformata.
La pelle dei cefalopodi, come polpi, calamari e seppie, è elastica e intelligente, contribuendo alla capacità di queste creature di percepire e rispondere all’ambiente circostante. Una collaborazione guidata dalla Penn State ha sfruttato queste proprietà per creare una pelle artificiale che imita sia l’elasticità che le funzioni neurologiche della pelle dei cefalopodi, con potenziali applicazioni per neurorobotica, protesi cutanee, organi artificiali e altro ancora.
Guidato da Cunjiang Yu , Dorothy Quiggle Professore Associato per lo Sviluppo della Carriera di Ingegneria, Scienza e Meccanica e Ingegneria Biomedica, il team ha pubblicato i suoi risultati il 1° giugno negli Atti della National Academy of Sciences .
La pelle dei cefalopodi è un organo molle che può sopportare deformazioni complesse, come l’espansione, la contrazione, la flessione e la torsione. Possiede anche funzioni cognitive di senso e risposta che consentono alla pelle di percepire la luce, reagire e camuffare chi lo indossa. Sebbene le pelli artificiali con queste capacità fisiche o cognitive siano esistite in precedenza, secondo Yu, fino ad ora nessuna ha mostrato contemporaneamente entrambe le qualità: la combinazione necessaria per dispositivi per la pelle bioelettronici avanzati e artificialmente intelligenti.
“Sebbene siano stati recentemente sviluppati diversi dispositivi per la pelle mimetica artificiale, mancano di capacità cognitive e di elaborazione neuromorfica non centralizzate critiche e i materiali con tali capacità mancano di solide proprietà meccaniche”, ha affermato Yu. “I nostri dispositivi sinaptici morbidi di recente sviluppo hanno ottenuto sistemi informatici ispirati al cervello e sistemi nervosi artificiali sensibili al tatto e alla luce che mantengono queste funzioni neuromorfiche quando allungati in modo biassiale”.
Per ottenere simultaneamente intelligenza ed estensibilità, i ricercatori hanno costruito transistor sinaptici interamente con materiali elastomerici. Questi semiconduttori gommosi funzionano in modo simile alle connessioni neurali, scambiando messaggi critici per esigenze a livello di sistema, impermeabili ai cambiamenti fisici nella struttura del sistema. La chiave per creare un dispositivo per la pelle morbida con capacità sia cognitive che di allungamento, secondo Yu, era l’utilizzo di materiali gommosi elastomerici per ogni componente. Questo approccio ha prodotto un dispositivo in grado di esibire e mantenere con successo comportamenti sinaptici neurologici, come il rilevamento e la memorizzazione di immagini, anche quando allungato, attorcigliato e spinto del 30% oltre uno stato di riposo naturale.
“Con la recente ondata di dispositivi smart skin, l’implementazione di funzioni neuromorfiche in questi dispositivi apre le porte a una direzione futura verso una biomimetica più potente”, ha affermato Yu. “Questa metodologia per l’implementazione delle funzioni cognitive in dispositivi smart skin potrebbe essere estrapolata in molte altre aree, inclusi dispositivi indossabili per il calcolo neuromorfico, organi artificiali, neurorobotica morbida e protesi cutanee per i sistemi intelligenti di prossima generazione”.
L’Office of Naval Research Young Investigator Program e la National Science Foundation hanno sostenuto questo lavoro.
I coautori includono Hyunseok Shim, Seonmin Jang e Shubham Patel, Penn State Department of Engineering Science and Mechanics; Anish Thukral e Bin Kan, Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università di Houston; Seongsik Jeong, Hyeson Jo e Hai-Jin Kim, Gyeongsang National University School of Mechanical and Aerospace Engineering; Guodan Wei, Istituto Tsinghua-Berkeley Shenzhen; e Wei Lan, Lanzhou University School of Physical Science and Technology.
