В век прогресса медицинской мысли наиболее актуально стоит проблема выращивания органов для трансплантации. Ученые со всего мира бьются над решением этой задачи. Уже создана электронная сетчатка, различные робототехнические протезы. Новая проблема, захватившая умы научного мира – вырастить самый большой орган человека – кожу. Но сейчас трудность заключается даже не в том, чтобы синтезировать сам кожный покров, сколько в том, чтобы воспроизвести его невероятную чувствительность. Ведь такая кожа могла бы быть использована не только для трансплантации, но и для применения в принципиально новой генерации роботов-андроидов.
Совсем недавно, в Калифорнии, двумя исследовательскими группами было сделано заявление о том, что им удалось решить поставленную задачу. Представители Калифорнийского университета в Беркли сообщили, что для сохранения чувствительности в своем варианте искусственной кожи они использовали нанопроводки. Принцип действия изобретения таков: на специальном барабане были выращены микро-нити из германия и кремния. Затем методом качения эти нити с барабана были перенесены на клейкую полиамидную пленку. В итоге получилась эластичный базовый слой, внутри которого уже были выполняющие роль транзисторов нанопроводки. Затем на этот базовый слой был нанесен изолирующий слой с периодической перфорацией, а на него еще один слой из чувствительной к прикосновениям резины (PSR). После этого посредством фотолитографии через перфорацию внутрь слоев были интегрированы проводящие мостики. В конце концов, вся эта многослойная структура была покрыта финальным слоем из алюминиевой пленки, выступающей в роли электрода. Кожа, способная точно определять участки, к которым происходит прикосновение, получила название e-skin.
Благодаря новой технологии, в качестве подложки можно использовать различные материалы – от пластика до резины, а в слои можно интегрировать молекулы различных веществ, например, лекарственных препаратов, что сможет иметь широкое применение в терапевтических целях.
Опытный кусок e-skin размером 7 х 7 см заключает в себе матрицу 19 х 18 пикселей, каждый из которых содержит сотни наноштырей. Данный образец может фиксировать давление от 0 до 15 кПа, что эквивалентно нагрузке на кожу при печатании на клавиатуре.
Синтетическая кожа, разработанная учеными из Беркли, имеет ряд преимуществ перед аналогами. Поскольку кожа должна быть гибкой, то используемые обычно для ее синтеза органические материалы требуют высокого питающего напряжения для своей работы. Представленный же образец кожи может работать при питании всего 5 В. Все это стало возможным благодаря использованию монокристаллических неорганических полупроводников. При этом без потери чувствительности e-skin может выдержать до 2000 изгибаний радиусом в 2,5 мм.
Областью применения такой сверхчувствительной кожи ученые называют чувствительные манипуляторы, позволяющие работать с хрупкими предметами. Оснащение такой кожей медицинских роботов позволит последним ощущать тепло пациента, а также почти мгновенно реагировать на прикосновения.
Второй образец электронной кожи был создан в Стэнфордском университете на основе другого принципа – между двумя электродами была помещена прослойка из высокоэластичной формованной резины. Получившаяся пленка как конденсатор накапливает электрические заряды. При сдавливании резины изменяется число электрических зарядов, накапливаемых в многослойной структуре, что незамедлительно улавливается электроникой. Метод настолько точен, что позволяет зафиксировать даже касание бабочки.
Если рассматривать поверхность синтетической кожи под микроскопом, то видно, что она усеяна остроконечными пирамидками. Как выяснилось, наносить слои активного материала именно в таком виде пришлось из-за того, что при сдавливании монолитный слой терял свои свойства, а это сказывалось на точности регистрации зарядов.
И хотя стэндфордскую электронную кожу нельзя растягивать, ее гибкость и прочность остаются на высоте – кожу можно сгибать, что в дальнейшем позволит оборачивать ею манипуляторы роботов.
На сегодняшний день ученые видят широкие возможности в применении электронной кожи. Как уже говорилось ранее, это и хирургические роботы, и электронные бинты, и датчики сжатия рулевого колеса (для предупреждения засыпания водителя за рулем). Но уже сегодня очевидно одно – робот с чувствительной кожей – это новый этап в развитии андроидов.
