„Йонната кожа“ ще бъде последният щрих към актуализираното изображение

Китайските учени вече успяват да сглобят човек от изкуствени органи. Китайските лаборатории вече успяха да отгледат дори изкуствена кост и изкуствен пенис. Сега те създават биомиметичен материал, който напълно копира човешката кожа.

Полиуретан вместо кожа

С нарастването на популярността на изкуствения интелект (като ChatGPT или „Alice“), търсенето на роботи от хората също се увеличи. Не само защото роботите могат да изпълняват задачи, които хората не могат, но и защото роботите могат да имитират вида и движенията на хората.

От дълго време роботиката тъпчеше на място и първото нещо, което идва на ум, когато се каже думата „работи“ е тяхната студена метална повърхност. Китайските учени създадоха абсолютно подобие на човешката кожа, която не може да се различи от истинската по мекота или температура. В същото време такава кожа издържа на гигантско натоварване.
Кожата е най-големият орган в човешкото тяло. Тя действа както като защитен слой, така и като сензорен интерфейс, за да поддържа тялото ни здраво и възприемчиво към околната среда, казва китайският изследовател Шентонг Сонг.

Човешката кожа е много сложна система. На допир е мека, но при разтягане става много еластична. Всяка година, поради движението, човешката кожа преминава през около 1 милион цикъла на деформация и свойствата на този орган не се влошават, което показва много добри свойства срещу умората.

Учените по материали през последното десетилетие са разработили няколко изкуствени обвивки, които имитират кожата.

Повечето от тези материали обаче могат да възпроизведат само част от естествените свойства на човешката кожа.

C кожата се съчетават няколко свойства, благодарение на своята йерархична структура от нановлакна. Тази структура се определя от твърдо скеле от колагенови влакна, вградени в мека еластична матрица, казва Шентонг Сонг.

Новата китайска разработка е базирана на биомиметичен материал, състоящ се от биосъвместим полиуретан и йонна течност. Полиуретанът съчетава функциите на колагена (структурна твърдост) и еластин (разтегливост).

Йонната течност се получава чрез изпаряване на воден разтвор на няколко соли и органични киселини. Знаем, че човешката перцептивна система разчита на натриево-калиевата плазма за предаване на нервните сигнали. Когато външни сили причиняват разлики в концентрацията на йони вътре и извън клетките на епидермиса, хората могат да възприемат тези сигнали.

Йонната кожа е разработена от Института по технология на материалите и инженерството в Нингбо към Китайската академия на науките. Тя е в състояние да открие външно напрежение, докато се появява поток от йони в специална течност и се ражда електрически сигнал.

Човешката кожа работи по същия начин. Вярно е, че „йонната кожа“ е по-съвършена и тя възприема натиска с цялата си повърхност. Докато човек го усеща само с нервните клетки, макар и разпръснати по кожата.

„Йонната кожа“ не само има свръхчувствителност, но и издържа на всякакви деформации и може да се възстанови.

Полиуретанът, който е в основата на „йонната кожа“, не позволява пукнатини и рани да се разпространят надалеч.

Материалът е устойчив на износване при повече от 10 000 цикъла на разтягане. Изчисленият праг на умората на хибридната „йонна кожа“ е почти 3000 джаула на квадратен метър. Това, между другото, е почти два пъти по-високо от това на човешките мускули.

Каква е тайната на възстановяването на „йонната кожа“? С динамични дисулфидни връзки, които се въвеждат в материала.

Такива химични връзки са в постоянен баланс между разкъсване и възстановяване.

Ако „йонната кожа“ е разкъсана или нарязана, тогава двете страни на раната се обединяват отново поради дисулфидни връзки. Китайските учени признават, че способността за регенериране на „йонната кожа“ е много по-добра от тази на човека. До такава степен, че в лабораторията тази скорост дори трябваше да бъде намалена и дори под микроскоп учените просто нямаха време да наблюдават самовъзстановяването на раните, защото всичко се случи много бързо.

„Очи на пръстите“ за незрящите

„Йонната кожа“ вече ще се използва, разбира се, не само в роботиката. Има абсолютно фантастични сценарии: „йонна кожа“ може да бъде трансплантирана на слепи в бъдеще. Те буквално могат да четат с пръстите си.

Може да се използва при протезиране като например да се трансплантира на пациенти с тежки изгаряния. Вярно е, че тази перспектива също не е близка и производството на „йонната кожа“ все още не е достатъчно развито. Освен това е необходимо да се изследват по-задълбочено процесите на връзката между електрическите сигнали и човешкия мозък.

И сега учените експериментират с хидрогел, който ще се превърне в течната основа на изкуствена кожа. Такъв гел трябва да работи надеждно в тежки среди като ниски и високи температури, под вода, във вакуум или в присъствието на агресивни вещества. В края на краищата роботите ще трябва да работят в агресивни среди, а не в такъв комфорт като техните създатели.

(Превод за “Труд news” - Павел Павлов)