E-skin: электронная кожа, способная осязать окружающий мир

Кожа – самый крупный орган нашего тела, который служит мощным защитным механизмом человеческого организма, а также является одним из важнейших инструментов нервной системы, позволяющим нам осязать окружающий мир. Люди с тяжёлыми ожогами, ампутациями и различными травмами утрачивают чувствительность в разных участках своего тела, однако учёные считают, что современные технологии способны помочь тем, кто хочет вернуть себе возможность тактильного взаимодействия с миром. Исследователи из Стэнфордского университета разработали e-skin – электронную кожу, которая имитирует осязание для повреждённых участков кожи или протезов.

Созданная командой стэнфордских учёных e-skin выглядит как тончайшая наклейка в стиле киберпанк, однако её настоящая природа гораздо более сложная, чем может показаться с первого взгляда. Каждый образец электронной кожи состоит из трёх слоёв мягких микросхем, работающих на 5 В (хотя более ранние версии устройства использовали 30 В). Многослойная структура e-skin является диэлектрической: электричество проходит только внутри интегральным схем и не выходит за их пределы при прикосновении. Каждый слой содержит органические нанокомпоненты, которые разрабатываются в индивидуальном порядке для считывания разнообразных сенсорных данных: температуры объектов, давления и пр.

Общая толщина устройства не превышает одного микрона. В таком виде оно слишком хрупкое и тонкое для трансфера, потому для повышения прочности электронной кожи учёные «посадили» её на мягкий микрогелевый субстрат. Вместе с субстратом толщина девайса сравнима с толщиной листа бумаги или – что более уместно – с толщиной эпидермиса (наружного слоя человеческой кожи). Для испытания устройства исследователи провели эксперимент с участием грызунов: они стимулировали электронную кожу и отслеживали реакцию животных – как визуально, так и путём мониторинга их нервной деятельности. При контакте с теплом или при оказании локального давления на e-skin животные непроизвольно дёргали лапой, тем самым доказывая, что данная технология действительно способна воссоздать чувство осязания. Кроме того, эксперимент показал, что это тончайшее устройство является достаточно прочным и эластичным для многоразового использования и деформации без ущерба работе микросхем.

Исследователи уверены, что в будущем e-skin сможет стать эффективным инструментом имитации тактильных ощущений при повреждениях кожи. К тому же устройство можно будет интегрировать в протезы, тем самым повышая комфорт и мобильность людей, нуждающихся в использовании искусственных конечностей. Впрочем, для применения данной концепции в реальной жизни учёным предстоит решить проблему износа органических нанокомпонентов, которые пока не могут похвастаться продолжительным сроком эксплуатации при интеграции в искусственную кожу. Кроме того, исследователи рассчитывают повысить универсальность e-skin, расширив спектр тактильных ощущений: на текущем этапе разработки ей доступно только осязание давления и температуры.