Искусственная кожа, способная почувствовать прикосновение бабочки, может произвести революцию в протезировании и робототехнике.

Каждый из прототипов «искусственной кожи», созданных двумя независимыми исследовательскими группами из США, способен почувствовать изменение давления на величину менее килопаскаля. Примерно такое давление испытывают наши пальцы, удерживающие карандаш. Этот показатель лучше, чем у разработанных ранее систем, которые могли обнаружить давление порядка десятков кПа. (Об одной из таких разработок мы писали — «Электронная кожа»).

Принципы работы двух новых устройств, описания которых опубликованы в журнале Nature Materials, отличаются друг от друга. Химик Чжэнань Бао (Zhenan Bao) из Стенфордского университета и группа его коллег использовали для изготовления устройства упругий полимерный материал полидиметилоксан (ПДМС). Кусочек ПДМС площадью 6 квадратных сантиметров равномерно покрыт углублениями пирамидальной формы. Когда полимер сжимается, отверстия, ранее заполненные воздухом, наполняются ПДМС. В результате изменяется электроемкость материала. Чтобы отслеживать эти изменения, Бао совместил конденсаторы из ПДМС с органическими транзисторами, ток на которых варьируется в зависимости от изменения электроемкости полимера.

Полученная искусственная кожа чувствительна к легчайшим прикосновениям: Бао испытал её, поместив на поверхность муху и бабочку. Устройство без труда зафиксировало присутствие обоих насекомых.

Но на данный момент для использования в протезировании искусственная кожа, созданная группой Бао, не подходит. Дело в том, что прототип устройства не эластичен. Бао рассчитывает сделать кожу гибкой уже к концу этого года, а в долгосрочных планах — биосовместимое устройство, которое может быть «встроено» в ткани животных, в том числе людей.

Другой тип искусственной кожи, разработанный группой Али Джави (Ali Javey) из университета штата Калифорния, состоит из сетки полупроводниковых нанопроводов, полученной методом контактной печати. Эта сетка находится на подложке из гибкой резины, чувствительной к изменениям давления. Электрическое сопротивление подложки меняется под давлением, а сетка из нанопроводов выступает в роли транзисторов. Подобно тому, как отдельные пиксели на мониторе составляют целостное изображение, каждый «транзистор» вносит свой вклад в общую картину распределения давления.

Устройство, изготовленное на резиновой основе, является довольно гибким. Джави продемонстрировал это, согнув искусственную кожу в форме буквы «U». Промежуток между её краями составил около 5 миллиметров, но на работоспособности это никак не сказалось.

Тем не менее, способность фиксировать давление и гибкость — далеко не все способности, которыми должна обладать искусственная кожа, которую можно использовать при протезировании. «В конечном итоге протезная кожа должна вести себя, как настоящая, — комментирует Стефани Лакур (Stephanie Lacour), материаловед из Кембриджа. — Это значит, что устройство должно определять еще и продольные воздействия, такие как прикосновение ветки, царапающей вашу ногу. Это одна из наиболее сложных задач».

Джави соглашается, что перед тем, как создать полнофункциональную искусственную кожу, предстоит преодолеть немало трудностей. Не последняя проблема в этом списке — обеспечение взаимодействия кожи и мозга. А вот применение в робототехнике новое устройство может найти гораздо раньше, говорит ученый. Создав более крупные образцы, можно будет покрыть искусственной кожей всего робота целиком. Возможно, однажды удастся объединить гибкость устройства Джави и чувствительность прототипа, изготовленного Бао, чтобы получить искусственную кожу с улучшенными характеристиками.

По сообщению Nature News