Hoćemo li u budućnosti ljudsku kožu moći zamijeniti umjetno napravljenom elektroničkom E-skin kožom koja reagira na podražaje i samostalno se obnavlja? Može li inovativna koža napokon realizirati ideju robota nalik ljudima? Kako funkcionira osmišljena koža i koja će biti njezina primjena?
Znanstvenici su osmislili jedinstvenu E-skin umjetnu kožu koja donosi mogućnost samostalne regeneracije, zahvaljujući ugrađenim polimerima. S druge strane, elektronska koža omogućava poimanje osjeta dodira, topline i ostalih funkcija na koje smo mi ljudi navikli. Sve se čini kako imamo fantastično rješenje koje bi moglo zamijeniti ljudsku kožu, ali i čija bi primjena bila puno šira.
Na pragu smo jedne velike inovacije koja bi mogla uzdrmati zdravstveni i robotički sektor te nam osigurati ostvarivanje ideja o kojima smo do sada mogli samo sanjati. Iako je sve još uvijek u povojima, činjenica je da po prvi puta imamo rješenje čija je primjena funkcionalna i nalik ljudskoj koži. U nastavku teksta stoga donosimo nekoliko ključnih detalja o novo razvijenoj umjetnoj koži, kao i mogućnosti primjene ove tehnologije u budućnosti.
Ljudska koža kao savršen organ
Iako nam se nakon sitnih ili većih ozljeda tako ne čini, no ljudska je koža gotovo pa savršen organ koji ima mnogostruko više zadaća nego što na prvu pomislimo. Naša je koža svakog dana izložena mnogim prijetnjama i uvjetima, no unatoč tome savršeno podnosi gotovo sve izazove pred koje je stavljena. Savršenstvo kože možemo pripisati dugotrajnom evolucijskom procesu, gdje je naša koža već milijunima godina izložena raznim uvjetima – kojima se konstantno prilagođavala. Ljudska koža istovremeno donosi kvalitetnu i učinkovitu zaštitu, savršeno se prilagođava obliku tijela, a s druge strane uspješno regulira temperaturu, sprječava nastanak traumi, ali i ostvaruje samostalno obnavljanje nakon ozljeda. Uz sve to, putem kože osjećamo svaki dodir, vibraciju, vlagu, temperaturnu razliku i sve ostalo – što u konačnici pomaže da efektivno zaštitimo čitav svoj organizam.
Kožu uglavnom percipiramo kao zaštitnu opnu koja štiti unutrašnjost organizma, no ljudska koža ima itekako složenu strukturu. Primjerice, unutar kože nalazi se više od 70 kilometara živčanih vlakana koja našem mozgu šalju instantne signale što se događa u okolinu. Posebice je fascinantna osjetljivost kože na vrhu prstiju zahvaljujući kojoj možemo vrlo precizno razlikovati površine i predmete. Dakako, sva osjetilna svojstva ne bi imala funkciju da nisu povezana s našim mozgom pa možemo reći da jedno bez drugog ne mogu. No, unatoč tome složena struktura kože godinama je velika misterija za repliciranje znanstvenicima širom svijeta. Čini se kako su stručnjaci sada napokon blizu toga da stvore umjetnu elektroničku kožu koja će imati funkciju samo obnavljanja, a s druge strane bit će iznimno osjetljiva na vanjske podražaje.
Umjetna koža savršene osjetljivosti na vanjske podražaje
Kao što smo malo prije spomenuli, znanstvenici širom svijeta već dugo vremena pokušavaju napraviti uspješnu repliku ljudske kože. Dva su velika problema u razvoju takvog rješenja: umjetna koža mora biti iznimno osjetljiva na vanjske podražaje i potrebno je osmisliti kožu koja će imati mogućnost samo obnavljanja (regeneriranja). Obje te stavke teško je zadovoljiti pojedinačno, a spajanje navedenih funkcionalnosti u jedinstveno rješenje – do sada je bila nemoguća misija. No, čini se da više nije tako – i da smo sve bliže funkcionalnoj umjetnoj koži koja se može regenerirati i koja osjeća dodire baš kao ljudska koža.
Istraživački tim Sveučilišta u Singapuru uspješno je stvorio umjetnu E-skin kožu koja je karakteristikama slična ljudskoj koži. Zanimljivo, ova nova umjetna koža u nekim segmentima čak funkcionira bolje od ljudske kože. Istraživači su dugo i pomno promatrali građu živčanog sustava ljudske kože s ciljem da razviju sličan umjetni sustav živaca. Zahvaljujući trenutno dostupnoj tehnologiji i znanju u tome su i uspjeli – te je nastala koža koja može jednako kvalitetno detektirati podražaje iz okoliša. Dapače, ova koža sposobna je čak 1.000 puta brže primati i slati signale, u odnosu odašiljanja signala s ljudske kože u mozak.
Zahvaljujući složenoj strukturi ova koža vrlo učinkovito prima signale iz okoliša, baš kao što to radi i ljudska koža. Primjerice, E-skin može s velikom preciznošću prepoznati oblik predmeta, teksturu pa čak i tvrdoću. Uz to, ova umjetna elektronička koža uspješno prepoznaje dodir, vlažnost pa čak i temperaturu. Dakle, možemo reći kako novo razvijena umjetna koža ima sve karakteristike koje krase gotovo savršenu ljudsku kožu. Valja naglasiti kako E-skin koža osjeća velikom brzinom, odnosno reagira u svega 10 milisekundi nakon podražaja.
Jedinstvena struktura elektroničkog živčanog sustava
Ljudska koža građena je poprilično drugačije, nego li ova umjetna koju spominjemo. Naime, ljudi još uvijek nisu uspjeli razviti tvari slične ljudskoj koži – no kao alternativu imamo električne signale, koji su na tragu onog što nam treba. Živčani sustav ispod kože može prepoznavati i slati signale frekvencijom do 1000 puta u sekundi. Važno je naglasiti kako nakon odaslanih signala živčana stanica treba određeni period za oporavak (nekoliko milisekundi), čime nastaju dodatna kašnjenja u slanju osjetilnih signala. Umjetna E-skin koža signale može prepoznavati i slati znatno većom brzinom od čak 9000000 Hz, čime postaje efikasnija od ljudske kože (u pogledu brzine slanja signala).
Kako bi ovaj umjetni elektronski živčani sustav mogao adekvatno funkcionirati potrebno je napraviti vrlo gustu mrežu senzora koju zatim povežemo iznimno tankim elektroničkim vodičem. Zahvaljujući serijskoj povezanosti, senzori simultano šalju signale te na taj način eliminiraju vrijeme potrebno za oporavak (što možemo nazvati nedostatkom ljudske kože). Tako osmišljen sustav u mogućnosti je prenositi signale iznimno velikom brzinom pa je ova inovacija veliki iskorak u svom dosadašnjem razvoju umjetne kože. No, iako smo osjetilni dio umjetne kože riješili još uvijek nam preostaje problem regeneracije oštećenih dijelova kože – o kojem ćemo u nastavku.
Elastična koža s polimerima za regeneraciju
Vjerujemo da mnoge zapravo fascinira mogućnost i brzina zarastanja oštećenog dijela kože. To samo potvrđuje koliko je ljudska kože fascinantan organ i koliko kvalitetno obavlja svoje mnogobrojne funkcije. No, prenijeti funkciju regeneracije na umjetnu kožu je iznimno kompliciran, zahtjevan i sveobuhvatan zadatak. Dugo se godina razvijaju materijali koji bi uspješno vršili funkciju samo obnavljanja i sada napokon imamo prve ozbiljnije rezultate.
Zahvaljujući jedinstvenim polimerima koji imaju mogućnost samo obnavljanja, sada smo dobili i funkcionalnu umjetnu kožu koja se može regenerirati. Napredni polimeri izrađeni su na način da budu dovoljno mekani i elastični – kako bi bili nalik stvarnoj ljudskoj koži. No, ovime posao oko izrade funkcionalne umjetne kože ne završava jer je potrebno spojiti funkcionalnosti samo obnavljanja i elektroničke osjetljivosti.
Proces spajanja dviju funkcionalnosti u jedno kvalitetno rješenje je uspješno sproveden. Nastala je tako umjetna elektronička koža koja istovremeno iznimno velikom brzinom prima i odašilje signale, ali koja istovremeno ima mogućnost rastezljivosti i samo obnavljanja. Stvorena je tako umjetna koža koja može biti itekako adekvatna zamjena ljudskoj koži – što je inovacija koja otvara mnoge mogućnosti razvoja medicine i robotike. Jedinstvena umjetna koža uspješno zarasta nakon oštećenja, ali istovremeno osjeća dodire, temperaturne razlike i raspoznaje različite površine predmeta. Možemo reći kako smo dobili kožu koja će s vremenom vjerojatno postati čak i bolja od ljudske.
Umjetna koža za ljude i robote
Potencijal koji ova umjetna koža donosi znatno je veći od osnovnih ideja koje nam na prvu padaju na pamet. Primjerice, ova umjetna koža savršeno će se uklopiti na čovjekolike robote koji će napokon dobiti izgled kakav industrija već godinama priželjkuje. No, tu prići nije kraj. Naime, roboti će po prvi puta u povijesti moći efektivno osjećati dodire, promjene temperature i sve nadražaje koji dolaze iz okoliša. Zahvaljujući elastičnosti i mogućnosti samo obnavljanja, umjetna će se koža moći koristiti i na aktivnim dijelovima robota, odnosno udovima. Također, dođe li do određenog oštećenja kože na robotu, ona će se samostalno obnoviti – čime će robot dobiti sličan način funkcioniranja vanjštine kao što je ima čovjek.
Kada već pričamo o robotima, valjalo bi otići još jedan korak dalje. Naime, novi će roboti moći gotovo savršeno osjećati sve podražaje iz okoliša čime će dobiti multifunkcionalnu zadaću – kakvu do sada nisu imali. Konkretno, roboti će raspoznavati kvalitetu obrade materijala, moći će prilagođavati postrojenja temperaturnim promjenama, moći će istraživati okoliš znatno efikasnije nego do sada, itd. Mogućnost su zaista velike i nekako smo mišljenja da će ova inovacija robotiku pogurati ka puno bržem u boljem razvoju, nego do sada. Iako nas to s jedne strane veseli, s druge strane ipak predstavlja određeno opasnost – jer će ljudi u mnogim poslovima i aktivnostima postati suvišni.
No, ovom inovacijom zasigurno će profitirati i mnogobrojni ljudi – iako za sada još uvijek nije poznato na koje sve načine. Ono što nam prvo pada na pamet jest pomaganje ljudima koji su ostali bez udova. Sada će novi udovi biti prekriveni kožom koja će osjećati dodir i podražaje, a spajanjem tih elektroničkih signala u ljudski mozak te će osobe nakon osjećati sve ono što osjećaju zdravi ljudi. Vjerujemo kako će postavljanje te kože na umjetne udove biti relativno jednostavan korak s obzirom na to da smo rekli da je inovativna umjetna koža elastična i da se dobro prilagođava raznim situacijama. No, neki idući korak u cijelom tom razvoju umjetne elektroničke kože mogao bi biti i implementacija umjetna kože na oštećenu ljudsku kožu. To bi možda dovelo do boljeg zacjeljivanja rana i ožiljaka, dok bi istovremeno ljudima ponudilo vraćanje osjeta na neka mjesta. No, ovo su vrlo perspektivne ideje – o kojima se vjerojatno još neko vrijeme neće pričati.
U konačnici, dobili smo jednu odličnu inovaciju koja bi zdravstveni i robotski sektor mogla okrenuti u jednom sasvim novom smjeru. Opisali smo iznad kako umjetna elektronička E-skin koža funkcionira te koja bi bila njezina osnovna primjena. Dakako, primjena može biti puno raznovrsnija i kompleksnija, a na vama je da osmislite gdje biste sve takvu kožu mogli iskoristiti. S druge strane, znanstvenicima prepuštamo da i dalje aktivno i mudro rade na razvoju umjetne kože jer benefiti koje bi ova inovacija mogla donijeti su višestruki.
Piše: M.Ž.
