Υλικά με… νεύρα. 'Soft tactile logic' tech distributes decision-making throughout stretchable material

«Αυτόνομα» υλικά δημιούργησαν επιστήμονες από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Καρολίνας ανοίγοντας τον δρόμο  για τη δημιουργία προσθετικών μελών τα οποία θα ανταποκρίνονται στο περιβάλλον. Inspired by octopuses, researchers have developed a structure that senses, computes and responds without any centralized processing—creating a device that is not quite a robot and not quite a computer, but has characteristics of both. The new technology holds promise for use in a variety of applications, from soft robotics to prosthetic devices. Credit: CC0 Public Domain

Υλικά τα οποία έχουν την ικανότητα να ανταποκρίνονται σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος χωρίς να απαιτείται η διαμεσολάβηση ενός κεντρικού επεξεργαστή δημιούργησαν επιστήμονες από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας. Τα αποτελέσματα, τα οποία δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature Communications», είναι ενθαρρυντικά για την κατασκευή υλικών και προσθετικών μελών ατόμων με κινητικά προβλήματα, τα οποία θα ανταποκρίνονται σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος χωρίς να απαιτείται επεξεργαστής για τον έλεγχο της λειτουργίας τους.

Octopus (stock image). Credit: © Dario Spagnolo / Adobe Stock

Μάλιστα, οι επιστήμονες εμπνεύστηκαν τα «έξυπνα» αυτά υλικά από το νευρικό σύστημα του… χταποδιού. «Αποκαλούμε την τεχνική αυτή «τεχνολογία της αφής», και αναπτύξαμε μία σειρά από υλικά τα οποία είναι ικανά να παίρνουν αποφάσεις σε επίπεδο υλικού χωρίς να επαφίενται σε κάποιον κεντρικό επεξεργαστή» σημείωσε ο καθηγητής Χημικής και Βιομοριακής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας Μάικλ Ντικέυ, συμπληρώνοντας ότι «εμπνευστήκαμε την τεχνολογία αυτή από τα χταπόδια, τα οποία παρόλο που διαθέτουν εγκέφαλο, έχουν επίσης ένα ευρύ δίκτυο νεύρων κατά μήκος των ποδιών τους». Όπως επισημαίνει ο καθηγητής, το εκτεταμένο αυτό δίκτυο νεύρων υποδηλώνει ότι τα πόδια των χταποδιών είναι πολύ πιθανό να κινούνται αυτόνομα, χωρίς τη διαμεσολάβηση του κεντρικού εγκεφάλου.

«Έξυπνη» σιλικόνη

Το νέο υλικό το οποίο δημιούργησαν οι ερευνητές είναι ένα μίγμα σιλικόνης, το οποίο περιέχει χρωστικές ουσίες που αλλάζουν χρώμα ανάλογα με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος.  Στο μίγμα αυτό, οι ερευνητές χάραξαν ένα εκτεταμένο δίκτυο μικρών σωληνώσεων στο οποίο έχυσαν σίδηρο που παραμένει υγρός σε θερμοκρασία δωματίου. Όπως σημειώνουν οι ερευνητές στην δημοσίευσή τους, οι σωληνώσεις αυτές λειτουργούν ως νευρικό δίκτυο του υλικού. Το μίγμα αυτό διαπερνάται συνεχώς από ηλεκτρικό ρεύμα. Όταν ασκηθεί μία εξωτερική πίεση στη σιλικόνη, όπως παραδείγματος χάριν η πίεση από ένα δάκτυλο, η ηλεκτρική αντίσταση στο εσωτερικό της σιλικόνης αυξάνεται, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας του υλικού και ως εκ τούτου αλλαγή του χρώματος των χρωστικών ουσιών. Μετά τα αρχικά τους πειράματα, οι ερευνητές δημιούργησαν υλικά τα οποία με άσκηση εξωτερικής πίεσης μπορούσαν ακόμη και να… ανάψουν μία λάμπα.

Όπως σημειώνουν οι επιστήμονες, τα υλικά αυτά είναι πολύ ελπιδοφόρα για τη δημιουργία προσθετικών μελών για άτομα με κινητικά προβλήματα, τα οποία θα ανταποκρίνονται σε ερεθίσματα του εξωτερικού περιβάλλοντος, όπως για παράδειγμα η επαφή του ποδιού με το έδαφος.

Πηγές: Materials tactile logic via innervated soft thermochromic elastomers. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-12161-1 - https://www.sciencedaily.com/releases/2019/09/190913080723.htm - https://www.tovima.gr/2019/09/20/science/ylika-me-neyra/