Инженерами из Стэнфордского университета представлена искусственная кожа, которая состоит из двух слоев, верхний из которых отвечает за механическую чувствительность, а нижний – за передачу электрических сигналов и перевод их в биохимические стимулы, совместимые с нервными клетками.
Ранее в 2010 году команда впервые описала использование пластика и каучука для создания датчика давления путем измерения естественной упругости их молекулярных структур. Затем они увеличили чувствительность датчика, добавив тонкому пластику структуру вафли. Для превращения полученного механического сигнала в электрический ученые добавили в вафельную структуру углеродных нанотрубок. Оказываемое на пластик давление сжимает нанотрубки и приближает их друг другу, позволяя проводить электричество.
Человеческая кожа передает тактильную информацию в мозг в виде коротких электрических импульсов. Пластиковый датчик способен подобно коже распознавать давление от легкого прикосновения до крепкого рукопожатия и передавать электрические импульсы различной интенсивности. Затем ученые подключили механосенсоры ко второму слою, способному проводить импульсы до нейронов.
Для создания второго слоя ученым пришлось обратиться к коллегам из научно-исследовательского центра Xerox в Пало-Альто, которые обладают технологией нанесения гибких электросхем на пластик с помощью струйного принтера. Также исследователям пришлось доказать, что передаваемый электрический импульс может быть воспринят нейроном. Для этого ученые использовали методы оптогенетики – они создали у клеток чувствительность к определенным длинам волн света так, чтобы процессы в клетках останавливались или запускались под действием излучения.
Работоспособность слоя команда подтвердила экспериментально – исследователи создали цепь нейронов, которую подвергли воздействию светом, сгенерированным искусственной кожей. Также ученые показали возможность прямой стимуляции нейронов электрическими импульсами без перехода к световому излучению.
Результаты работы опубликованы в Science.
Всего человеческая рука различает шесть типов ощущений, на данный момент исследователям удалось смоделировать лишь один. В дальнейшем команда планирует научить кожу отличать различные по характеру воздействия, например, различать прикосновение вельвета и шелка, отличать горячее и холодное. Технология двухслойной кожи позволяет добавлять к сенсору новые «чувства» без изменения общей концепции. Группа профессора Бао уже больше десяти лет трудится над созданием искусственной кожи, которая могла бы служить полноценной заменой настоящей: была бы гибкой, имела все чувства (прикосновение, температура, боль), а также способность к регенерации.
Автор: Евгений Анохин