Ученые из Стэнфорда разработали искусственную кожу, которая может чувствовать давление разной силы и передавать сенсорную информацию нервным клеткам.

Инновационный материал состоит из двух слоев. Верхний слой - чувствительный. Нижний слой отвечает за преобразование давления в электрический сигнал. Чувствительный слой способен воспринимать те же диапазоны давления, что и человеческая кожа. Частота электрического сигнала на выходе из материала нижнего слоя варьирует в диапазоне от 0 до 200 Гц, с почти линейной зависимостью от силы нажатия на верхний слой. Успеха в создании материала добились разработчики под руководством Чжэнань Бао (Zhenan Bao) из Стэнфордского университета в Калифорнии (Stanford University, Stanford, CA, USA).

Сразу несколько изобретений легли в основу работы. Во-первых, органический материал чувствительного слоя, представляющий собой нечто среднее между пластиком и резиной. Молекулярная структура этого слоя напоминает множество пружин, деформация которых является мерой внешнего давления. Это природное свойство было усилено особой текстурой, напоминающей вафли, для лучшего восприятия давления.

Во-вторых, по всей толщине пластикового слоя ученые расположили миллиарды углеродных нанотрубок. Давление приводит к сжатию, трубки сближаются и приобретают способность проводить ток. Чем сильнее давление - тем сильнее ток. Нижний слой искусственной кожи получает эти электрические импульсы и преобразует их в сигналы, понятные для нервных клеток. Наконец, сам материал в целом получился достаточно тонкий, но одновременной гибкий и прочный, как настоящая кожа.

Доказательства того, что двуслойная ткань преобразует давление в сигнал, воспринимаемый нервной системой, были получены в опытах на соматосенсорных нейронах мышей. Тактильный сигнал, полученный искусственной кожей, был передан нервным клеткам, которые в ответ активировались точно так же, как это происходит в мозге.

Результаты работы Бао и коллег опубликованы в журнале Science. Однако исследователи не собираются останавливаться на достигнутом. Двуслойная структура материала позволяет добавить в него и другие сенсорные механизмы. В конечном счете, тактильное чувство - лишь одно из нескольких стимулов, на которые реагирует настоящая кожа. Чтобы сделать полноценный заменитель кожи для протезирования, нужно добавить еще пять видов чувствительности.