Vědci vyvinuli umělou kůži citlivou na dotyk

Helena Vrecková  |  Věda
Zdroj: Stanford News

Nový typ umělé kůže splňuje i ty nejnáročnější požadavky. Je schopná samoopravy, vodivá, pevná, pružná a navíc je citlivá na dotyk.

Lidská kůže je speciální vrstva pokrývající celé tělo. Kromě ochrany před škodlivými látkami, mikroorganismy a UV zářením, má díky řadě receptorů také smyslovou funkci (reaguje na změny teploty či poranění). Navíc pomáhá tělu udržet stálou teplotu, vylučovat chemické látky z těla či absorbovat malé množství látek.

Některé tyto funkce jsou možné jen díky důležitým vlastnostem, které kůže má. Je citlivá na tlak a teplotu, schopna samostatné opravy (hojení) a účinně odolává i prudšímu světlu. Vědci se proto již celá léta snaží co nejvíce napodobit vlastnosti skutečné kůže a vytvořit její syntetickou variantu.

Snaha o dokonalost

Ačkoliv se během posledních let v tomto odvětví vědy pokročilo velmi daleko, vědecké týmy stále narážely na problémy a omezení, které jimi vytvořené syntetické kůže měly. Například byla kůže samoopravná jen při vysoké teplotě, čímž se stala naprosto nevhodnou pro využití u člověka.

O vývoj syntetické kůže se snažili i na Stanfordské univerzitě pod vedením profesorky Zhenan Bao. Cílem výzkumu bylo vytvoření ideální syntetické kůže. Prvním krokem bylo vytvoření vhodného materiálu, který by byl pevný a pružný jako polymery, a zároveň vodivý jako kovy.

Vědci se již mnoho let snaží vytvořit syntetickou kůži, která by měla vlastnosti skutečné kůže. Nyní vědecký tým ze Stanfordu poprvé dokázal propojit unikátní vlastnosti kovu a polymeru, a vytvořil speciální materiál.
Vědci se již mnoho let snaží vytvořit syntetickou kůži, která by měla vlastnosti skutečné kůže. Nyní vědecký tým ze Stanfordu poprvé dokázal propojit unikátní vlastnosti kovu a polymeru, a vytvořil speciální materiál.

Výchozím bodem studie (abstrakt) se pro vědce stalo upravení polymeru. Řetězce molekul spojily s vodíkovými vazbami a díky tomu se materiál stal samoopravným. Molekuly se po rozpadu snadno spojí a obnoví původní strukturu. A to navíc při pokojové teplotě. K polymeru byly přidány částečky niklu, které pevnost materiálu ještě zesílily.

Nikl však do materiálu přinesl ještě další důležitou vlastnost. Vodivost. Povrch částic niklu se ukázal být drsný. V nanometrových velikostech se tak na povrchu kovu vyskytují vyčnívající části, které usnadňují šíření proudu z částice na částici.

Rozkrajování a spojování

Vědci museli nově vzniklý materiál také otestovat. Hlavním předmětem zkoumání se stala vlastnost opravovat se. V laboratoři tedy vzali proužek materiálu, který skalpelem rozdělili na poloviny. Obě části pak přitlačili zpět k sobě. Stačilo jen několik málo sekund, aby se materiál v místě řezu opět spojil a obnovil 75 procent, ze své původní pevnosti a vodivosti.

Po dalších 30 minutách bylo obnoveno celých 100 procent původních vlastností. Pro představu, lidské kůži trvá hojení poraněných míst i několik dní. Vědci tuto proceduru krájení a spojování otestovali na stejném vzorku ještě 50krát. I po takovéto zátěži byl vzorek stále schopen natahování a ohýbání, jako na počátku. Tyto výsledky výzkumný tým velmi pozitivně překvapily a překonaly mnohá očekávání.

Během testování vědci jediný vzorek rozkrájeli a opětovně spojili více jak 50krát. I po posledním pokusu si zachoval svou původní vodivost, pevnost i ohebnost, jako na počátku. Zdroj: Stanford News
Během testování vědci jediný vzorek rozkrájeli a opětovně spojili více jak 50krát. I po posledním pokusu si zachoval svou původní vodivost, pevnost i ohebnost, jako na počátku. Zdroj: Stanford News

Zkoumání vodivosti ukázalo, že elektrony proudící skrze materiál využívají nikl tak, jako člověk používá kameny k přechodu řeky – skáče z kamene na kámen. Elektrony tedy „přeskakují“ z částice niklu na další částici. Čím je částice dál, tím více energie elektron musí použít. Logicky tedy natahování nebo tlak na materiál ovlivní i jeho vodivost. Materiál tedy lze využít i jako vhodný senzor k měření tlaku a napětí kůže.

Hojící se protézy a ochrana budov

Vlastnosti nového materiálu jej přímo určují k využití v protetice při vývoji citlivých protéz. Takové protézy by mohly sledovat nejen změnu teploty, ale také míru ohnutí. Navíc by byly povrchově samoopravné.

Využití by však vědci neviděli jen u vývoje protéz, ale také u těžko přístupných míst v budovách a automobilech. Tím, že je materiál vodivý a samoopravný, by mohl být použit v místech, kde je složitá údržba. Profesorka Bao chce materiál dále upravovat, aby se dal využít i k výrobě obalů elektronických zařízení či obrazovek.

Nejčtenější