Heat-sensitive artificial skin mimics viper organ / Pelle artificiale sensibile al calore imita l'organo della vipera.
Heat-sensitive artificial skin mimics viper organ
/ Pelle artificiale sensibile al calore imita
l'organo della vipera.
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa /
Reported by Dr. Joseph Cotellessa
Researchers at the California Institute of Technology and
ETH Zurich have created an artificial skin that can sense temperature changes,
which could enable amputees to sense heat via prosthetics.
The skin uses a mechanism similar to that of the pit organs in
vipers, which allow the snakes to sense prey in the dark by detecting its heat.
It was discovered when the team was fabricating synthetic wood in the lab, and
created a material with an electrical response to temperature changes. The
component responsible was found to be pectin.
“Pectin is widely used in the food industry as a jellifying
agent; it’s what you use to make jam. So it’s easy to obtain and also very
cheap,” said research lead Chiara Daraio, professor of mechanical engineering
and applied physics at Caltech’s Division of Engineering and Applied Science.
Using water and pectin, the team created a thin film just 20
micrometres thick. The pectin molecules have a weakly bonded double-strand
structure that contains calcium ions. The bonds break down as temperature rises
and the double strands ‘unzip’, releasing the positively charged calcium ions.
The researchers believe that the increased concentration of
free calcium ions, combined with their enhanced mobility, causes a decrease in
the electrical resistance of the film. This can be detected with a multimeter
connected to electrodes embedded in the material. With pit vipers, ion channels
in the cell membrane of sensory nerve fibres expand as temperature rises, which
allows calcium ions to trigger electrical impulses.
According to the team, this new skin is significantly better
than existing synthetic skins at sensing temperature changes. It can detect
changes of less than a tenth of a degree Celsius across a 5-degree range.
Currently, it can only operate between 5 and 50 degrees Celsius, making it
suitable for robotic and biomedical applications. Daraio and her team plan to
tweak the fabrication process to extend the range up to 90 degrees, opening up
possible industrial applications such as thermal sensors in consumer
electronics, or robotic skins to augment human-robot interactions.
ITALIANO
I ricercatori del California Institute of Technology e l'ETH
di Zurigo hanno creato una pelle artificiale in grado di rilevare variazioni di
temperatura, che potrebbe permettere agli amputati di percepire il calore
tramite protesi.
La pelle utilizza un meccanismo simile a quello degli organi
della fossa nelle vipere, che permette ai serpenti di percepire prede nel buio
rilevando il suo calore. E' stato scoperto quando il gruppo stava fabbricando
il legno sintetico in laboratorio, e ha creato un materiale con una risposta
elettrica alle variazioni di temperatura. Il componente responsabile è
risultato essere la pectina.
"La pectina è ampiamente usato nell'industria alimentare
come agente gelificante; è quello che si usa per fare la marmellata. Così è
facile da ottenere e anche molto economico ", ha detto il responsabile
della ricerca Chiara Daraio, professore di ingegneria meccanica e di fisica
applicata alla divisione del Caltech di Ingegneria e Scienze Applicate.
Con l'utilizzo di acqua e pectina, il grupp ha creato un
sottile film di soli 20 micrometri di spessore. Le molecole di pectina hanno
una struttura a doppio filamento debolmente legato contenente ioni calcio. I
legami si ripartiscono come la temperatura sale e i doppi filamenti si separano, liberando gli ioni di
calcio con carica positiva.
I ricercatori ritengono che l'aumento della concentrazione
di ioni calcio liberi, unita alla loro mobilità, provoca una diminuzione della
resistenza elettrica del film. Questo può essere rilevato con un multimetro
collegato agli elettrodi incorporati nel materiale. Con le vipere, i canali
ionici nella membrana cellulare delle fibre nervose sensoriali si espandono
come aumenta la temperatura, che permette agli ioni di calcio di attivare gli
impulsi elettrici.
Secondo il gruppo, questa nuova pelle è significativamente
migliore rispetto alle pelli sintetiche esistenti per percepire variazioni di
temperatura. Si può rilevare variazioni di meno di un decimo di grado Celsius
in un intervallo di 5 gradi. Attualmente, può funzionare solo tra 5 e 50 gradi
Celsius, che lo rende adatto ad applicazioni robotiche e biomediche. Chiara
Daraio e il suo gruppo cercano di perfezionare il processo di fabbricazione per
ampliare la gamma fino a 90 gradi, aprendo possibili applicazioni industriali,
quali i sensori termici in elettronica di consumo, o pelli per robot per
aumentare le interazioni uomo-robot.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/heat-sensitive-artificial-skin-mimics-viper-organ/?cmpid=tenews_3050612
Commenti
Posta un commento