Исследователи из Университета Дунхуа в Китае и Юлихского центра нейтронных наук (JCNS) в Германии недавно разработали новую искусственную ионную кожу на основе самовосстанавливающейся эластичной нанометки. Эта переплетенная структура напоминает человеческую кожу.
В последние годы робототехники со всего мира пытаются создать искусственные системы, которые напоминают части человеческого тела и воспроизводят их функции. К ним относятся искусственная кожа — защитный слой, которые также улучшит сенсорные возможности роботов.
«Как мы знаем, кожа — это самый большой орган человеческого тела, который действует как защитный слой и сенсорный интерфейс, чтобы сохранить наше тело здоровым и восприимчивым, — сказал TechXplore Шэнтонг Сан, один авторов исследования. — С быстрым развитием искусственного интеллекта и мягкой робототехники инженеры пытаются покрыть роботов-гуманоидов искусственной кожей, которая воспроизводит все механические и сенсорные свойства человеческой, чтобы они воспринимали постоянно меняющуюся внешнюю среду, как и мы».
Поскольку человеческая кожа представляет собой очень сложную систему, имитировать все ее функции чрезвычайно сложно. Например, кожа человека может ощущать различные изменения окружающей среды, включая давление, деформацию своей поверхности и колебания температуры, просто улавливая электронные сигналы на основе ионов.
Самовосстанавливающаяся гибридная ионная кожа с нановолокнистой структурой, созданной на основе биотехнологий настоящей человеческой кожи. Изображение: Ван и др.
Вдохновившись естественной структурой кожи человека, инженеры создали искуственную — на основе самовосстанавливающейся нанометки и ионной матрицы. Они воспроизводят функции коллагена и эластина (белок соединительной ткани) соответственно. В результате получился материал, который мягкий, но становится твердым при растяжении. Это свойство известно как жесткость при деформации. Кроме того, новая искусственная кожа самостоятельно восстанавливается после повреждения, устойчива к усталости и быстро реагирует на деформации формы, что особенно важно для сенсорных приложений.
Вдохновленные репарируемой нановолокнистой структурой кожи, инженеры создали искусственную ионную кожу, внедрив самовосстанавливающийся эластичный наносетчатый каркас в другую самовосстанавливающуюся мягкую ионную матрицу. Нанометку получили путем электропрядения синтетического полиуретана, который самовосстанавливается за счет обмена дисульфидными связями при комнатной температуре. Ионную матрицу изготовили, выпаривая водный раствор полиакриламид-акриловой кислоты, гиалуроновой кислоты и CaCl₂ (хлорид кальция).
Эксперименты показали, что кожу не повредили даже 10 000 циклов растяжения. Расчетный порог усталости гибридной ионной кожи почти в два раза выше, чем у человеческих мышц.
