В коже человека находятся механорецепторы, которые могут чувствовать небольшое прикосновение, даже незначительный вес бабочки. Кроме того, в коже располагаются терморецепторы, отвечающие за восприятие тепла или холода, а также рецепторы боли.
Инженеры в течение многих лет стремились создать аналог кожи и, в определенной степени, им удалось создать материалы имитирующие механические свойства и отдельные сенсорные функции. Но впервые ученые смогли создать искусственный аналог кожи, в котором есть все сенсорные функции и возможность передачи импульсов в мозг.
Предыдущие материалы с сенсорными функциями требовали использования громоздкой электроники для того, чтобы преобразовать воспринятые сигналы в электрические импульсы, которые мозг сможет воспринимать. Ученые из Стэндфордского университета создали эластичные интегральные схемы, которые позволили преобразовывать восприятие давления или температуры в электрические сигналы и, аналогично нервным импульсам, передавать их в мозг. Ученые надеются, что со временем такие сигналы могут передаваться по беспроводной связи в имплантированные в периферический нерв чипы, что позволит людям с ампутированными конечностями управлять протезами. Кроме того, технология может быть использована для новых имплантируемых или носимых медицинских устройств.
Новая электронная кожа требует для работы всего 5 вольт напряжения, что значительно снижает энерго-затраты. Эта искусственная кожа имеет большое значение для создания протезов конечностей нового поколения, которые смогут не только выполнять двигательные функции, но и обеспечат сенсорную обратную связь, что позволит более точно управлять протезом. Кроме того, необходимо, чтобы материал такой кожи обладал эластичностью и не терял свои электрические характеристики при повторных растяжениях.
Учеными была изобретена трехслойная диэлектрическая структура, которая позволила микросхемам использовать низкое напряжение. Большая часть разработанной искусственной кожи состоит из слоев, имитирующих структуру настоящей кожи. В каждом слое есть интегрированные сети органических наноструктур, которые отвечают за передачу электрических сигналов при воздействии внешних факторов, таких как давление, температура, деформация, химические вещества.
Собственная интегральная схема есть у каждого сенсорного входа. Монолитный материл содержит все сенсорные слои, и он не должен расслаиваться, рваться и терять электрические функции.
Толщина каждого электронного слоя составляет всего несколько десятков или сотен нанометров, а готовая электронная кожа имеет толщину менее микрона.
Ученые планируют работать над улучшением характеристик электронной кожи и создать перспективу для создания новых инновационных протезов с сенсорными функциями.
