В Стэнфорде изобрели эластичную синтетическую кожу (прямо как в «Мире Дикого Запада»)

Спросите Чжэнань Бао (Zhenan Bao), почему она решила перейти от разработки батарей к созданию синтетической человеческой кожи, и получите простой ответ.

«Я решила, что должна помогать людям», – ответила профессор химической инженерии из Стэнфорда в интервью Business Insider.

Один из крошечных датчиков, используемых при создании синтетической кожи. Источник: Стэнфордский университет/Чжэнань Бао/ L’Oreal Corporate Foundation

Многие (хотя и не все) из примерно двух миллионов американцев, лишившихся конечности, используют протезы, то есть искусственные конечности. На рынке доступны протезы самой разной формы, размеров, подвижности, удобства в использовании и стоимости. Однако практически все доступные на сегодня протезы, даже самые продвинутые, обладают одним недостатком – они не передают касаний.

Некоторые, например подключаемый к головному мозгу протез руки, созданный в DARPA в 2015 году, позволял «ощущать» физические контакты, но не мог сгибаться или растягиваться. Те же протезы, которые могут сгибаться, не имеют датчиков осязания, так что пользователям приходится «полагаться на визуальный контроль, чтобы взять тот или иной объект», рассказывает Бао. Иными словами, сказать, удалось ли вам поднять предмет или нет, вы могли сказать, только посмотрев на него.

При создании нового типа синтетической кожи команда Бао руководствовалась тремя главными задачами:

1. сделать материал гибким и эластичным;
2. сделать материал чувствительным, в том числе способным передавать давление и температуру;
3. найти способ передавать в мозг информацию об окружающей среде, собираемую кожей.

По словам Бао, самой сложной задачей была последняя, поскольку «если кожа может чувствовать, но мозг не может распознать эту информацию, в этом нет смысла».

Для решения первой и второй задачи Бао и ее команде пришлось создавать новый материал полностью с нуля – то есть с молекул, из которых он должен состоять.

«Наша кожа может двигаться и адаптироваться к разным поверхностям, так что и электронные материалы должны были обладать теми же свойствами, – объяснила Бао. – Однако существующие материалы, используемые в электронике, являются жесткими и твердыми, так что пришлось разрабатывать новые материалы, начиная с молекулярного уровня».

Работа Бао недавно помогла ей получить премию Women in Science, в рамках которой компания L'Oreal совместно с ЮНЕСКО присуждают наиболее успешным женщинам-ученым приз в размере 100 тысяч евро.

Чжэнань Бао, исследовательница из Стэнфорда и лауреат премии L'Oreal-UNESCO for Women in Science. Источник: L'Oreal-UNESCO for Women in Science

Чтобы наделить синтетическую кожу способностью чувствовать прикосновения и температуру, исследователи создали крошечные структуры, имеющие форму пирамиды и размер в 100 раз меньше толщины человеческого волоса, а также материал, который меняет свою электрическую проводимость в зависимости от температуры. Таким образом, при нажатии на эти микроскопические пирамидки они меняют форму, а при нагреве материал расширяется.

Наконец, команде Бао нужно было изобрести способ передачи и расшифровки этой информации мозгом.

«Нам нужно создать схемы, которые могут преобразовывать всю эту информацию с датчиков в электрические импульсы, которые может распознать человеческий мозг, – рассказала Бао. – Первоначальную концепцию мы уже показали».

Пока проект находится на стадии подтверждения работоспособности концепции, то есть ученые уже показали, что такую кожу можно создать, но в недостаточно большом объеме, чтобы полностью покрыть протез руки.

По словам Бао, этой технологии предстоит еще долго совершенствоваться, прежде чем она станет доступна для обычных протезов. Тем не менее о будущем этой технологии производства протезов Бао размышляет с оптимизмом.

«Больше всего нас вдохновляет возможность изменить жизнь людей к лучшему, – рассказывает она. – Надеюсь, в конечном счете мы сможем преобразить будущее электроники, создав материалы, в точности копирующие кожу челвовека».

Источник

Материалы по теме: 

Ученые показали первых полностью съедобных роботов из желатина

Марк Цукерберг наймет 50 ученых для поиска лекарств «от всех болезней»

Эти 6 технологических правил будут определять наше будущее

Cможем ли мы создать «Мир Дикого Запада»?

Фото на обложке: Pinterest