Znajdź zawartość

Uczeni z Ohio State University (OSU) oraz Chińskiego Uniwersytetu Wydobycia i Technologii odkryli, że pewne typy sztucznej skóry reagują na kremy do skóry w takich sposób jak skóra zwierząt. Sztuczna skóra została opracowana na potrzeby ofiar poparzeń, u których rany są tak rozległe, że nie można ich uzupełnić ich własną tkanką. Proponowano wykorzystanie skóry zwierzęcej, jednak jej użycie wywołuje wiele problemów. „Oprócz kwestii etycznych, skóra zwierzęca jest trudna do pozyskania, droga i trudno mówić o przewidywanych rezultatach jej użycia ze względu na różnice pomiędzy poszczególnymi osobnikami. [...] Ale skóra sztuczna ma zawsze ten sam, znany skład, przez co jest lepszym produktem" - mówi profesor Bharat Bhushan z OSU. We współpracy z chińskim naukowcem Wei Tangiem przebadali różne typy sztucznej skóry za pomocą mikroskopu sił atomowych. Obserwowali sztuczną skórę w rozdzielczości 100 nanometrów. Okazało się, że dwa typy sztucznej skóry, po potraktowaniu ich kremami, zareagowały podobnie jak skóra szczura. Krem do skóry zmniejszył chropowatość, zwiększył zdolność skóry to wchłaniania wilgoci z powietrza i zmiękczył jej powierzchnię. Po nacieraniu kremem skóry sztucznej i skóry szczura zaobserwowaliśmy, że nierówności powierzchni obu skór zmniejszyły się w ten sam sposób. Krem zadziałał na sztuczną skórę tak, jak na naturalną - mówi Bhushan. W najbliższym czasie obaj naukowcy chcą rozpocząć prace nad różnymi metodami obchodzenia się ze sztuczną skórą oraz udoskonalić metody pomiaru jej właściwości.

Naukowcy wyprodukowali sztuczną skórę, która jest bardzo wrażliwa na dotyk. Taka powłoka znajdzie zastosowania zarówno w medycynie, gdzie posłuży do tworzenia protez ze zmysłem dotyku czy narzędzi chirurgicznych dających lekarzowi znacznie większą kontrolę nad przebiegiem operacji, jak i w robotyce, gdyż dzięki niej powstaną roboty zdolne do manipulowania niezwykle delikatnymi rzeczami. Jedna z propozycji sztucznej skóry powstała na Stanford University, gdzie na bazie elektroniki organicznej skonstruowano powłokę 1000-krotnie bardziej czułą niż ludzka skóra. Druga to dzieło naukowców z University of California w Berkeley, w której zastosowano nanokable. Głównym twórcą skóry z Uniwersytetu Stanforda jest profesor inżynierii chemicznej Zhenan Bao. Jego powłoka bardzo szybko reaguje na zmiany ciśnienia, jest w stanie wykryć bardzo małe i bardzo lekkie obiekty, takie jak ziarnko piasku czy owad. "Skóra" Bao została wyprodukowana z poli(dimetylosiloksanu). Materiał ten jest w stanie przechowywać ładunek i zdolność ta jest związana z jego grubością. Prace nad wykorzystaniem PDMS są prowadzone od dawna, jednak główną wadą poli(dimetylosiloksanu) jest długi czas powrotu molekuł polimeru do pierwotnego ułożeniu po zwolnieniu wywieranego nań nacisku. Bao poradził sobie z tym pokrywając go mikrowłóknami, które szybko się zginają i prostują, dzięki czemu możliwe są błyskawiczne pomiary wywieranego nacisku. Włókna zwiększyły też czułość materiału. O ile ludzka skóra jest w stanie wyczuć nacisk rzędu kilopascala, to powłoka Bao wyczuwa różnice 1 pascala. Obecnie główną słabością rozwiązania Bao jest fakt, że do pracy "skóra" potrzebuje wysokiego napięcia. Taki problem nie występuje w powłoce zaproponowanej przez Alego Javeya, profesora inżynierii elektrycznej i nauk komputerowych na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Javey stworzył skórę złożoną z szeregu tranzystorów połączonych nanokablami. Tranzystory umieszczono pod powłoką z przewodzącej gumy zawierającej nanocząsteczki węgla. Nacisk wywierany na gumę wywołuje zmiany w oporności, które są wykrywane przez tranzystory. Taka architektura wymaga napięcia mniejszego niż 5 woltów, podczas gdy rozwiązanie Bao działa przy 20 woltach. Obie propozycje są dość łatwe w produkcji i skalowalne. Co prawda naukowcy przedstawili powłoki o powierzchni od kilkunastu do 50 centymetrów kwadratowych, ale ich wielkość była ograniczona tylko narzędziami dostępnymi w ich laboratoriach.

Jednym z ważniejszych wątków badań związanych z robotami jest nadanie maszynom jak największej liczby cech ludzkich. Mechaniczni pupile naukowców mają nie tylko wyglądać jak my, ale też widzieć, słyszeć czy czuć. Część badaczy zapomniała jednak, że podobne możliwości przydałyby się również osobom niepełnosprawnym. Sytuacja ta może ulec poprawie dzięki sztucznej skórze dla protez. W ramach programu prowadzonego przez amerykańską agencję DARPA opracowywane są zmechanizowane protezy, które umożliwiają odczuwanie dotyku, temperatury a nawet położenia sztucznych kończyn. Co więcej, naukowcy uczestniczący w tych pracach nie zajmują się jedynie teorią – istnieje już działający prototyp podobnej protezy. Korzystający z niego Jesse Sullivan (niepełnosprawny pozbawiony obu rąk) potrafi m.in. ułożyć piramidę z plastikowych kubków i wyjąć kartę kredytową z kieszeni. Zwykle do wykonania takich zadań potrzebna jest skoordynowana współpraca mięśni, mózgu oraz receptorów nerwowych. Amerykanie potrafią tego dokonać za pomocą sztucznej ręki z palcami wyposażonymi w 80 czujników. Kolejna wersja protezy otrzyma znacznie większą liczbę czujników wykonanych z węglowych nanorurek, które zostaną umieszczone w sztucznej skórze, pokrywającej mechaniczne ramię. Owa skóra to w rzeczywistości wytrzymały polimer o właściwościach piezoelektrycznych (co pozwala na pomiar siły nacisku). Nanorurki będą odpowiedzialne za przewodzenie ciepła oraz impulsów elektrycznych, a zarazem wzmocnią strukturę powłoki. Proteza ręki, która ma w pełni zastąpić amputowaną kończynę jest zapowiadana na 2010 rok. Ma być ona mocna i lekka, a co najważniejsze – ma komunikować się bezpośrednio z mózgiem swojego właściciela, wykonując jego polecenia oraz przesyłając "odczuwane" wrażenia.