Разработали новую биомиметическую кожу, воспринимающую боль, с эффектом усиления восприятия боли.
Команда профессора Чен Тао из Института технологии материалов и инженерии Нинбо (NIMTE) Китайской академии наук (CAS) предложила биомиметическую мягкую кожу с усилением восприятия напряжения (SPS), которая реализует динамическое преобразование от тактильного восприятия к восприятию боли. Исследование было опубликовано в Advanced Functional Materials.
Существа с биологическими мягкими тканями (например, кожей) могут обеспечивать самозащиту за счет пассивного напряжения, механического затвердевания и активного восприятия внешних раздражителей. До деформационно-механического усиления активная защита может заранее распознать опасность и, таким образом, значительно снизить риск получения травмы. Тем не менее, по-прежнему сложно добиться эффективной активной защиты, для чего требуется интенсивное и быстрое предупреждение о боли, запускаемое сенсорной системой.
Чтобы решить эту проблему, исследователи из NIMTE подготовили новую биомиметическую кожу, т. е. эластичную и проводящую пленку (ECF), которая состоит из тонкой эластомерной пленки и собранных графеновых нанолистов с взаимосвязанным структурным интерфейсом. Эффект SPS наделяет мягкую кожу функцией динамического перехода от тактильного к болевому восприятию.
Двумерный (2D) ECF на основе графена демонстрирует положительную корреляцию между калибровочным фактором и напряжением, что аналогично сенсорным системам существ. Кроме того, синтезированная биомиметическая кожа позволяет добиться нормального тактильного восприятия при низком напряжении и болевого восприятия выше порога напряжения.
Кроме того, значение порога восприятия напряжения можно регулировать от ~7,2% до ~95,3%, что демонстрирует большой потенциал в разработке различных приложений, связанных с СФС.
Сенсорная система с поддержкой SPS может эффективно имитировать ощущение боли в тканях человека при таких обстоятельствах, как однонаправленное перенапряжение мышечного сухожилия и неравномерная деформация растяжения кожи рук.
Вдохновленные иглобрюхом, ученые из NIMTE разработали бионическую модель иглобрюха на основе ECF в качестве самоподдерживающейся искусственной кожи для чувствительного обнаружения бесконтактных и контактных механических раздражителей и дальнейшего активного надувания до трехмерной деформации. Завышенная трехмерная деформация может быть эффективно зафиксирована благодаря типичному эффекту SPS.
Концепция биомиметической мягкой кожи, реализована с помощью эффекта SPS, демонстрирует блестящие перспективы применения в областях взаимодействия человека и машины, умного протезирования и мягкой робототехники.
Теги: биотехнологии, гибкий, киборг, робот
