Giugno 25, 2022

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La pelle mimetica in gomma mostra un comportamento intelligente ed elastico

La pelle dei cefalopodi, come polpi, calamari e seppie, è elastica e intelligente, il che contribuisce alla capacità di queste creature di percepire e interagire con l’ambiente circostante. Una collaborazione guidata dalla Penn State ha sfruttato queste proprietà per creare una pelle artificiale che imita sia la flessibilità che le funzioni neurologiche della pelle dei cefalopodi, con potenziali applicazioni per la robotica neurale, le protesi cutanee, le protesi e altro ancora.

Guidato da Kunjiang Yu, Dorothy Kegel professore associato di sviluppo professionale di scienze ingegneristiche, meccanica e ingegneria biomedica, il team ha pubblicato i risultati il ​​1 giugno in Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.

La pelle dei cefalopodi è un organo sottile in grado di resistere a deformazioni complesse, come espansione, contrazione, flessione e torsione. Ha anche funzioni di percezione e risposta che consentono alla pelle di rilevare la luce, reagire e camuffare chi lo indossa. Sebbene le pelli artificiali con queste capacità fisiche o cognitive siano esistite prima, secondo Yu, finora nessuna ha dimostrato contemporaneamente entrambi i tratti: la necessaria combinazione di dispositivi bioelettronici avanzati in pelle e intelligenza artificiale.

Yu ha detto: “Sebbene molti dispositivi artificiali per la pelle mimetica siano stati sviluppati di recente, mancano di elaborazione neurocognitiva decentralizzata di base e capacità cognitive e i materiali con queste capacità mancano di forti proprietà meccaniche”. Il sistema nervoso artificiale fotosensibile che mantiene queste funzioni neurali durante l’espansione biassiale. »

Per ottenere intelligenza e scalabilità simultanee, i ricercatori hanno costruito transistor completamente intrecciati con materiali flessibili. I semiconduttori in gomma funzionano in modo simile alle connessioni neurali, scambiando messaggi importanti per soddisfare le esigenze dell’intero sistema e non rispondendo ai cambiamenti fisici nell’architettura del sistema. Secondo Yu, la chiave per creare un dispositivo dalla pelle morbida con capacità cognitive e di estensione era l’uso di elastomeri flessibili per ogni componente. Questo approccio ha prodotto un dispositivo in grado di visualizzare e mantenere con successo comportamenti sinaptici, come il rilevamento delle immagini e la memoria, anche quando si allunga, si torce e si spinge il 30% oltre un normale stato di riposo.

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“Con la recente ondata di dispositivi intelligenti per la pelle, l’implementazione di funzioni di forma neurale in questi dispositivi apre le porte a una direzione futura verso una biomimetica più robusta”, ha affermato Yu. La conoscenza dei dispositivi smart skin può essere estrapolata in molti altri campi, inclusi dispositivi di calcolo neurale indossabili, organi artificiali, robotica neurale morbida e protesi cutanee per i sistemi intelligenti di prossima generazione. »

L’Office of Naval Research e il Young Investigator Program della National Science Foundation hanno sostenuto questo lavoro.

I coautori includono Hyunseok Shim, Sunmin Jang e Shubham Patel, Dipartimento di ingegneria e meccanica della Penn State; Anish Thukral e Ben Kahn, Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Università di Houston; Seongsik Jeong, Hyeson Jo e Hai-Jin Kim, Scuola di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, Università Nazionale di Gyeongsang; Gudan Wei, Istituto Tsinghua Berkeley di Shenzhen; Wei Lan, College of Physical Science and Technology, Lanzhou University.

Fonte della storia:

Materiali offerto da Stato della Pennsylvania. Originale di Mary Fetzer. Nota: il contenuto può essere modificato in base allo stile e alla lunghezza.