Ученые создали электронную кожу. Она умеет общаться с мозгом
Кожа человека удивительна. Ее механорецепторы способны распознать касание божьей коровки и ощутить тепло сидящего рядом незнакомца. Подобное очень сложно воспроизвести, используя искусственные материалы. Но ученым это удалось. Рассказываем, как создавалась электронная кожа и зачем ее подсоединили к мозгу.
Из чего сделана кожа
Инженеры и другие специалисты не раз стремились воссоздать кожу, способную реагировать на прикосновения так же, как человеческая. Им удавалось сконструировать лишь мягкие материалы, которые могут распознавать прикосновения, но кожа, под силу которой было бы общение с мозгом, оставалась за пределами возможностей науки. До сих пор.
Недавно ученые из Стэнфордского университета создали гибкие интегральные схемы. Они могут похвастаться различными сенсорными способностями: например, возможностью определять температуру и давление.
Мы уже некоторое время работаем над монолитной электронной кожей. Трудность заключалась не столько в том, чтобы найти механизмы, имитирующие сенсорные способности человеческого прикосновения, сколько в том, чтобы объединить их, используя только материалы, похожие на кожу
一 K.K. Ли, профессор химического машиностроения и старший автор исследованияУченые делали упор на усовершенствование электронных материалов, чтобы их можно было задействовать вместе с интегральными схемами с повышенной сложностью: необходимо было сгенерировать нервные импульсы и рабочее напряжение, достаточно низкое для безопасного использования на теле людей. Вдобавок сам материал должен непременно растягиваться и возвращаться в изначальное положение, не теряя при этом характеристик нервов.
Чтобы удовлетворить условиям выше, эксперты разработали трехслойную диэлектрическую структуру — ткань, которая помогла увеличить подвижность носителей электрического заряда в 30 раз по сравнению с однослойными диэлектриками. Это позволило схемам работать при низком напряжении.
В каждый слой ткани ученые интегрировали сети органических наноструктур, которые передают электрические сигналы даже при растяжении. Эти сети сконструированы таким образом, чтобы измерять давление, температуру, деформацию и химические вещества. Один из слоев инженеры сделали из нитрила (каучука), из которого изготавливают медицинские перчатки. Каждый такой слой имеет толщину всего несколько сотен нанометров. Он невероятно тонкий, чтобы обращаться с ним небрежно, поэтому ученые используют специальную подложку для его поддержки. Это позволяет искусственной коже оставаться не толще листа бумаги — как и в случае с внешним слоем кожи человека.
Зачем нужна электронная кожа
Ученые стремились создать мягкие интегральные схемы, которые имитировали бы человеческие рецепторы. Результаты экспериментов облегчат создание протезов рук и ног. Протезы смогут не только восстанавливать движение и функции хватания, но и обеспечат сенсорную обратную связь (проприоцепцию), которая позволит пользователю свободно управлять устройством.
Инновационная система впервые в мире объединяет чувствительность и все электрические и механические характеристики кожи человека в мягкой, но прочной оболочке. Ученые получили возможность использовать эту кожу в будущих человеко-машинных интерфейсах, обеспечивающих осязание. Они надеются имплантировать сигналы с помощью чипов беспроводной связи в периферический нерв, чтобы позволить людям с ампутированными конечностями управлять протезами. Также они пригодятся для работы в носимых медицинских устройствах нового поколения.
Инженеры планируют усложнить технологию, добавив беспроводные функции и соединив мозг с периферийными частями тела.
