スマートで伸びやかな挙動を見せるゴム状のカモフラージュ・スキン(Rubbery camouflage skin exhibits smart and stretchy behaviors)

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ペンシルベニア州立大学主導の研究者が、変形しても認知特性を維持する人工皮膚を初めて開発。 Penn State-led researchers develop first artificial skin to maintain cognitive characteristics when deformed.

2022-06-13 ペンシルベニア州立大学(PennState)

A Penn State-led collaboration developed an artificial skin made completely of rubber that mimics both the elasticity and cognitive characteristics found in octopuses and other cephalopods.
Credit: Volodymyr Ivanenko/iStock. All Rights Reserved.

タコ、イカ、コウイカなどの頭足類の皮膚は伸縮性があり、スマートで、周囲の環境を感知して反応する能力に寄与している。ペンシルベニア州立大学が主導する共同研究は、この特性を利用して、頭足類の皮膚の弾力性と神経機能の両方を模倣した人工皮膚を作製したもので、ニューロロボティクス、人工皮膚、人工臓器などへの応用が期待される。
スマートさと伸縮性の両方を同時に達成するために、研究者達は、完全にエラストマー材料でシナプストランジスタを構築しました。このゴム状の半導体は、神経接続と同じように動作し、システム全体が必要とする重要なメッセージを、システムの構造の物理的な変化に影響されずにやり取りする。Yuによれば、認知機能と伸縮機能を併せ持つソフトスキン・デバイスを実現する鍵は、すべての部品にエラストマー・ゴム系素材を使用することであったという。このアプローチにより、自然な静止状態から30%以上伸ばしたり、ねじったり、突いたりしても、画像感知や記憶といった神経シナプスの働きをうまく発揮・維持できるデバイスが誕生した。

<関連情報>

二軸延伸可能な分散型エラストマーシナプティックトランジスタに基づく人工ニューロモルフィックコグニティブスキン Artificial neuromorphic cognitive skins based on distributed biaxially stretchable elastomeric synaptic transistors

Hyunseok Shim, Seonmin Jang, Anish Thukral, Seongsik Jeong, Hyeseon Jo, Bin Kan, Shubham Patel https://orcid.org/0000-0002-0046-9031, Guodan Wei, Wei Lan, Hae-Jin Kim and Cunjiang Yu
Proceedings of the National Academy of Sciences. Published: June 1, 2022
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2204852119

Abstract

Cephalopod (e.g., squid, octopus, etc.) skin is a soft cognitive organ capable of elastic deformation, visualizing, stealth, and camouflaging through complex biological processes of sensing, recognition, neurologic processing, and actuation in a noncentralized, distributed manner. However, none of the existing artificial skin devices have shown distributed neuromorphic processing and cognition capabilities similar to those of a cephalopod skin. Thus, the creation of an elastic, biaxially stretchy device with embedded, distributed neurologic and cognitive functions mimicking a cephalopod skin can play a pivotal role in emerging robotics, wearables, skin prosthetics, bioelectronics, etc. This paper introduces artificial neuromorphic cognitive skins based on arrayed, biaxially stretchable synaptic transistors constructed entirely out of elastomeric materials. Systematic investigation of the synaptic characteristics such as the excitatory postsynaptic current, paired-pulse facilitation index of the biaxially stretchable synaptic transistor under various levels of biaxial mechanical strain sets the operational foundation for stretchy distributed synapse arrays and neuromorphic cognitive skin devices. The biaxially stretchy arrays here achieved neuromorphic cognitive functions, including image memorization, long-term memorization, fault tolerance, programming, and erasing functions under 30% biaxial mechanical strain. The stretchy neuromorphic imaging sensory skin devices showed stable neuromorphic pattern reinforcement performance under both biaxial and nonuniform local deformation.

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