Создана нейроморфная электронная «кожа» с функцией активного восприятия боли и повреждений

С функциональной точки зрения кожа человека состоит в основном из четырех слоев: рогового слоя, эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки. В этих слоях находится сложная сенсорная система, в которой мультимеханорецепторы в эпидермисе и дерме вместе с иерархическими нейронными рецептивными полями образуют единую информационную сеть. Эта сеть позволяет человеку воспринимать интенсивность и локализацию внешних раздражителей, которые можно разделить на базовые и сложные категории. Основные стимулы, такие как боль или легкое прикосновение, быстро обрабатываются спинным мозгом с помощью рефлекторных дуг — автоматических реакций, для которых не требуется участие головного мозга. Более сложные ощущения, такие как степень воздействия стимула, его точное положение или обнаружение повреждений, передаются в головной мозг для более глубокой обработки.

.

Разработанная NRE-кожа состоит из четырех слоев: инкапсулирующего, сенсорного, проводящего и подложки. Инкапсулирующий слой имитирует роговой слой кожи для защиты, а подложка имитирует подкожную ткань, служа буфером при силовых воздействиях. Сенсорный и проводящий слои имитируют механорецепторы и нервные окончания человека. Сенсорный слой реагирует на внешние раздражители и состоит из двух основных компонентов. Первый — это микроструктурированный датчик давления на основе полидиметилсилоксана (ПДМС) с поли(3,4-этилендиокситиофен) полистиролсульфонатом (PEDOT: PSS) в качестве проводящего слоя. Второй — это электрод, который соединяет датчик давления с нижележащим слоем схемы. Под сенсорным слоем расположен слой микросхем, который преобразует давление в последовательность импульсов, которые обрабатываются с помощью искусственной сети рецептивных полей — системы, имитирующей биологическую сенсорную обработку, — и поступают в основной центр обработки. Слой схемы в основе NRE-skin разделен на пять областей: болевой центр (для оценки болевого сигнала), сигнатурный центр (для определения участка кожи, с которого поступает сигнал), интегратор сигналов (для объединения выходных сигналов), генератор импульсов (для создания последовательности импульсов) и разъем (для подключения к внешним участкам кожи) . Благодаря гибкости всех компонентов интегрированная система покрытия обладает превосходной эластичностью. Покрытие NRE может выдерживать значительные деформации, например скручивание до 38° и радиус изгиба до 3,2 см. Анализ методом конечных элементов подтверждает, что при таких условиях все детали остаются в допустимых пределах, а значит, NRE-оболочка может прилегать к изогнутой поверхности роботов.