0

To przełom! Sztuczna skóra pozwoli odczuwać zmiany temperatury

sztuczna-skora-termowizja
Zespół inżynierów i naukowców z Politechniki Federalnej w Zurychu (ETH) oraz Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego (Caltech) opracował sztuczną skórę, zdolną do wykrywania zmian temperatury. Mechanizm jest podobny do tego czym posługuje się wąż, który jest w stanie „zobaczyć” ciepło swojej ofiary, aby ją skutecznie wytropić (termowizja w wykonaniu natury). Opracowany materiał mógłby zostać wszczepiony do protezy, w celu zapewnienia osobie z utraconą kończyną możliwości odczuwania ciepła. Inne potencjalne zastosowanie to bandaże – wzrost temperatury może oznaczać infekcję w miejscu rany.

Wszystko zaczęło się od podjęcia prac mających doprowadzić do stworzenia syntetycznego drewna. Podczas wytwarzania materiału, który naukowcy chcieli docelowo uzyskać, zauważono wykazywanie czułości na zmiany temperatury, za co jak się później okazało, była odpowiedzialna pektyna – związek organiczny występujący w komórkach roślin oraz stosowany w przemyśle spożywczym.

Naukowcy zabrali się za zrobienie hydrożelu zawierającego pektynę. Następnie odprowadzili nadmierną ilość wody i zdali sobie sprawę, że właściwości uzyskanego tworzywa biją wszelkie rekordy w dotychczasowej czułości na zmiany temperatury. Zadali sobie więc pytanie –  gdzie w naturze występuje podobna wrażliwość na ciepło? Odpowiedzią były grzechotniki wyposażone w receptory ciepła.

Jak działają receptory ciepła u grzechotników?

Kolejnym krokiem drużyny kierowanej przez panią Chiarę Daraio, było bliższe zapoznanie się z naturalnymi rozwiązaniami opatentowanymi przez grzechotniki. Ich receptory ciepła to organiczne membrany, które umożliwiają im tropienie swoich ofiar na odległość, w nocy. Jak wyjaśnia pani Daraio, membrana ta jest warstwą zawierająca receptory, których rola zostaje porównana do kanałów przepuszczających jony. Otwierają się w momencie wzrostu temperatury i pozwalają na to, aby jony wapnia przedostały się dalej, tym samym stanowiąc informację dla mózgu węża.

Teraz najlepsze. Nie dość, że okazało się iż naśladowanie tych mechanizmów jest możliwe do odzwierciedlenia, to jeszcze udaje się uzyskać lepsze wyniki. Cienka, przezroczysta błona, którą uzyskano, jest bardzo czuła na zmiany w temperaturze w przedziale od 5 do 50 stopni C, natomiast jednostka czułości to zmiana o jedną setną stopnia C. Możliwe zastosowania pobudziły wyobraźnię naukowców pracujących w Caltech. Roboty mogłyby wejść w zupełnie inną interakcję z człowiekiem, od tej pory reagując na ciepło związane z dotykiem naszych dłoni lub samym ich zbliżeniem. Protezy dla ludzi przestałyby być całkowicie martwe i nieczułe, od tej pory pozwalając swoim właścicielom doświadczać np. tego, że trzymany kubek jest wypełniony gorącym płynem. Bandaże informowałyby lekarzy o wzroście temperatury, co może świadczyć o powstawaniu zakażenia. Na koniec Chaira Daraio powiedziała, że ten projekt nauczył ją iż w obserwacjach natury i uczeniu się z występujących w niej fundamentalnych mechanizmów tkwi duża wartość.

Protezy przyszłości będą jak ich naturalne odpowiedniki

Trochę przez przypadek, ale doszło do całkiem ciekawego odkrycia. Dla jasności, same materiały które są cienkie i w jakiś sposób czułe na zmiany temperatury nie są żadną rewolucją, tutaj chodzi o duży stopień czułości, jaki występuje w tej błonie. Dobrze wiedzieć, że protezy przyszłości będą prawdopodobnie takie jak dłoń Luke’a Skywalkera (takie jest moje przypuszczenie), czyli z wyglądu niczym nie będą się różnić od swoich naturalnych odpowiedników i będą też czułe na ciepło.

Źródło