La pelle dei cefalopodi, come polpi, calamari e seppie, è elastica e intelligente e contribuisce alla capacità di queste creature di percepire e rispondere all’ambiente circostante.
Figure: A Penn State-led collaboration developed an artificial skin made completely of rubber that mimics both the elasticity and cognitive characteristics found in octopuses and other cephalopods. Credit: Volodymyr Ivanenko/iStock.
Una collaborazione guidata dalla Penn State ha sfruttato queste proprietà per creare una pelle artificiale che imita sia l’elasticità che le funzioni neurologiche della pelle dei cefalopodi, con potenziali applicazioni per la neurorobotica, le protesi cutanee, gli organi artificiali e altro ancora.
Guidato da Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor di Scienza dell’Ingegneria e Meccanica e Ingegneria Biomedica, il team ha pubblicato i suoi risultati il 1° giugno nei Proceedings of the National Academy of Sciences.
La pelle dei cefalopodi è un organo morbido che può sopportare deformazioni complesse, come l’espansione, la contrazione, la flessione e la torsione. Possiede inoltre funzioni cognitive di senso e risposta che le consentono di percepire la luce, reagire e mimetizzarsi. Secondo Yu, in passato sono esistite pelli artificiali con queste capacità fisiche o cognitive, ma finora nessuna ha esibito contemporaneamente entrambe le qualità, la combinazione necessaria per dispositivi bioelettronici avanzati e artificialmente intelligenti.
“Sebbene siano stati sviluppati di recente diversi dispositivi di pelle mimetica artificiale, essi mancano di capacità critiche di elaborazione e cognizione neuromorfiche non centralizzate, e i materiali con tali capacità mancano di proprietà meccaniche robuste”, ha dichiarato Yu. “I nostri dispositivi sinaptici morbidi, sviluppati di recente, hanno permesso di ottenere sistemi di elaborazione ispirati al cervello e sistemi nervosi artificiali sensibili al tatto e alla luce, che mantengono queste funzioni neuromorfiche quando vengono allungati biassialmente“.
Per ottenere contemporaneamente intelligenza ed estensibilità, i ricercatori hanno costruito transistor sinaptici interamente in materiali elastomerici. Questi semiconduttori gommosi funzionano in modo simile alle connessioni neurali, scambiando messaggi critici per le esigenze dell’intero sistema, impermeabili ai cambiamenti fisici della struttura del sistema. Secondo Yu, la chiave per creare un dispositivo a pelle morbida con capacità cognitive e di allungamento è stata l’utilizzo di materiali gommosi elastomerici per ogni componente.
Questo approccio ha permesso di ottenere un dispositivo in grado di esibire e mantenere comportamenti sinaptici neurologici, come il rilevamento di immagini e la memorizzazione, anche quando viene stirato, contorto e punzecchiato al 30% oltre il naturale stato di riposo.
“Con la recente ondata di dispositivi intelligenti per la pelle, l’implementazione di funzioni neuromorfiche in questi dispositivi apre la strada a una direzione futura verso una biomimetica più potente”, ha dichiarato Yu. “Questa metodologia per l’implementazione di funzioni cognitive nei dispositivi cutanei intelligenti potrebbe essere estrapolata in molte altre aree, tra cui gli indossabili per il calcolo neuromorfico, gli organi artificiali, la neurorobotica morbida e le protesi cutanee per i sistemi intelligenti di prossima generazione”.
