Китайцы собирают искусственного человека — на замену есть почти все органы

Китайским ученым под силу собрать человека из искусственных органов. В китайских лабораториях уже сумели вырастить даже искусственную кость и искусственный половой член. А теперь они создали биомиметический материал, который полностью повторяет человеческую кожу.

Полиуретан вместо кожи, ионная жидкость — вместо крови. И киборг готов!

С ростом популярности искусственного интеллекта (такого как ChatGPT или «Алиса»,) также увеличился спрос людей на роботов. Не только потому, что роботы могут выполнять задачи, недоступные людям, но и потому, что роботы могут имитировать внешний вид и движения человека.

Долгое время робототехника топталась на месте: первое, что приходит на ум при слове «работ» — это их холодная металлическая поверхность. Именно китайские ученые создали абсолютное подобие человеческой кожи, которую невозможно отличить от настоящей по мягкости или температуре. При этом такая кожа выдерживает гигантскую нагрузку.

— Кожа — это самый большой орган в человеческом теле. Он действует одновременно как защитный слой и сенсорный интерфейс, чтобы поддерживать наше тело здоровым и восприимчивым к окружающей среде, — говорит китайский исследователь Шентонг Сун.

Человеческая кожа представляет собой очень сложную систему. На ощупь она мягкая, однако при растяжении становится очень упругой. Каждый год за счет движения человеческая кожа проходит около 1 миллиона циклов деформаций — и свойства органа не ухудшаются, что свидетельствует об очень хороших противоусталостных свойствах.

Ученые-материаловеды за прошлое десятилетие разработали несколько искусственных оболочек, имитирующих кожу. Однако большинство из этих материалов могут воспроизводить только часть естественных свойств человеческой кожи.

Ц Кожа сочетает в себе несколько свойств благодаря иерархической нановолокнистой структуре. Эта структура определяется жестким каркасом из коллагеновых волокон, встроенным в мягкую эластиновую матрицу, — говорит Шентонг Сун.

Волшебный гидрогель сможет уловить наносекунды

В основе новой китайской разработки лежит биомиметический материал, состоящий из биосовместимого полиуретана и ионной жидкости. Полиуретан совмещает в себе функции коллагена (структурную жесткость) и эластина (растяжимость).

Ионная жидкость была получена путем выпаривания водного раствора нескольких солей и органических кислот. Мы знаем, что система восприятия человека полагается на натрий-калиевую плазму для передачи нервных сигналов. Когда внешние силы вызывают различия в концентрации ионов внутри и снаружи клеток эпидермиса, люди могут воспринимать эти сигналы.

«Ионная кожа» была разработана Институтом технологии и инженерии материалов Нинбо Китайской академии наук. Она способна обнаруживать внешнее напряжение, при этом происходит переток ионов в специальной жидкости — и рождается электрический сигнал.

Точно так же «работает» и человеческая кожа. Правда, «ионная кожа» более совершенна: она воспринимает давление всей поверхностью. В то время как человек чувствует только нервными клетками, пусть и разбросанными по всей коже.

«Ионная кожа» не только обладает сверхчувствительностью, она также выдерживает любую деформацию и способна восстанавливаться. Составляющий основу «ионной кожи» полиуретан не позволяет трещинам и ранам распространяться далеко.

Материал устойчив к износу более чем в 10 тысячах циклов растяжения. Расчетный порог усталости гибридной «ионной кожи» — почти 3 тысячи джоулей на квадратный метр. Это, кстати, почти вдвое выше, чем у человеческих мышц.

«Глаза на пальцах» для слепых и такие человечные роботы

С чем связан секрет восстановления «ионной кожи»? С динамическими дисульфидными связями, которые введены в материал. Такие химические связи находятся в постоянном балансе между разрывом и восстановлением.

Если разорвать или разрезать «ионную кожу», то обе стороны раны воссоединяются за счет дисульфидных связей. Китайские ученые признаются, что способность к регенерации у «ионной кожи» намного превосходит человеческую. Настолько, что в лаборатории пришлось эту скорость даже снижать: ученые даже под микроскопом просто не успевали наблюдать за самозаживлением ран — все происходило так стремительно.

«Ионную кожу» теперь будут применять, конечно, не только в робототехнике. Есть и совсем уж фантастические сценарии: «ионную кожу» можно будет в перспективе пересаживать слепым. При этом они пальцами могут в буквальном смысле читать.

Можно использовать ее в протезировании: например, пересаживать пациентам с тяжелыми ожогами. Правда, перспектива эта тоже неблизкая: производство «ионной кожи» еще недостаточно развито. Кроме того, нужно глубже изучить процессы взаимосвязи между электрическими сигналами и человеческим мозгом.

А еще сейчас ученые экспериментируют с гидрогелем, который станет жидкой основой искусственной кожи. Такой гель должен надежно работать в суровых условиях, таких как низкие и высокие температуры, под водой, в вакууме или в присутствии агрессивных веществ. Ведь роботам предстоит работать в агрессивных средах, а вовсе не в таком комфорте, как их создателям.