Вчені з Університету Цінхуа в Китаї досягли прориву в технології штучної шкіри , розробивши першу в світі «електронну шкіру» з біонічною тривимірною архітектурою. Ця інновація має на меті імітувати дивовижні можливості людської шкіри сприймати дотик.
Конструкція імітує просторовий розподіл механорецепторів у шкірі людини
Шкіра людини вкрита густою мережею спеціалізованих клітин, які називаються механорецепторами. Ці рецептори розташовані в трьох вимірах, що дозволяє нам з винятковою точністю розрізняти різні відчуття, такі як тиск, зсув (тертя) і натяг. Сучасна електронна шкірна технологія не в змозі відтворити це нюансоване й одночасне сприйняття на фізичному рівні.
Натхненна блиском природи, дослідницька група професора Чжан Іхуя з Університету Цінхуа розробила новий електронний дизайн шкіри, який включає тривимірну архітектуру. Ця конструкція імітує просторовий розподіл механорецепторів у шкірі людини, таких як клітини Меркеля та тільця Руффіні. Результатом є пристрій, здатний самостійно вимірювати тиск, тертя та деформацію на фізичному рівні – значний крок вперед у технології штучного дотику.
Ця біонічна електронна шкіра ретельно створена з трьох різних шарів, які відображають структуру людської шкіри:
- Епідерміс: зовнішній шар, що нагадує текстуру поверхні людської шкіри.
- Дерма: середній шар, де розташовано більшість датчиків і схем. Цей шар має унікальну каркасну структуру з восьми плечей, у якій розміщено блок вимірювання сили. Цей високочутливий пристрій, розташований близько до поверхні, ефективно виявляє зовнішні сили.
- Підшкірна клітковина: нижній шар, що повторює структуру підшкірної тканини шкіри людини.
Поєднавши цю тривимірну електронну оболонку з вдосконаленими алгоритмами глибокого машинного навчання, дослідницька група досягла надзвичайного результату. Їх створення може не тільки сприймати дотик, але й аналізувати модуль об’єкта (жорсткість) і локальну головну кривизну (форму) через простий контакт.
Це революційне дослідження під назвою «Тривимірна архітектура електронної шкіри, що імітує людські механовідчуття» було опубліковано в престижному науковому журналі Science 30 травня 2024 року. Розробка має величезний потенціал для різних застосувань, включаючи протези, які пропонують більш природне відчуття дотик для людей з ампутованими кінцівками та роботів із розширеними тактильними можливостями.