Forskere har skabt kunstig hud, der kan mærke, hele og tilpasse sig

Der kommer en dag, hvor robotter vil ligne os mennesker så meget, at det kan være svært at skelne mellem dem og os.

De kommer også til at være dækket af en slags kunstig hud, der ser ud og fungerer ligesom menneskers hud og blandt andet kan “mærke” omgivelserne, reagere på dem og reparere sig selv, hvis robotten skærer sig eller får en rift.

Det lyder som noget fra en science fiction-film, men forskere har nu skabt et stof, der gør det til virkelighed med udviklingen af en kunstig overflade, som besidder mange af de samme egenskaber som biologiske væv.

Det er egenskaber, som ellers kun findes i levende væv, og netop denne sjældne kombination vidner om, hvor banebrydende og teknisk krævende udviklingen har været.

Ifølge forskerne kan den kunstige overflade ikke kun bruges til robotter, men også i sundhedssektoren og militæret, men også inden for sundhedssektoren eller i militæret.

»Det handler om, at vi prøver at udvikle noget, der kan efterligne den kompleksitet og alsidighed, som findes i biologien. Med denne løsning har vi udviklet noget, der er helt nyt, og som kan noget, som ingen andre materialer kan,” fortæller forskningsleder og lektor Alireza Dolatshahi-Pirouz fra Department of Health Technology ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).

Opdagelsen og forskningen bag det er offentliggjort i Advanced Science.

Derfor er kroppen svær at kopiere

Sigtet med Alireza Dolatshahi-Pirouz’ forskning er at udvikle noget kunstigt med de samme egenskaber som det, det har taget evolutionen flere milliarder år at udvikle.

Huden og andet biologisk væv har egenskaber, som kunstige materialer normalt ikke kan kopiere – som at hele sig selv og mærke omgivelserne.

For det første kan biologiske materialer hele sig selv. Det kan både huden, musklerne og vævene i alle vores organer, når der kommer skader på dem.

Vores hud, muskler og knogler kan mærke temperatur, tryk og surhedsgrad – noget kunstige materialer normalt ikke kan.

Biologiske materialer kan også respondere på det, som sker i omgivelserne. Får vi det for varmt, begynder vi at svede. Bliver kroppen invaderet af bakterier eller virus, reagerer immunforsvaret på det.

»Indtil nu har det virket umuligt at få kunstige materialer til at opføre sig som levende væv. Ofte er kunstige materialer rigide, statiske og kan ikke reparere sig selv, hvis de går i stykker, eller tilpasse sig stimuli,” forklarer Alireza Dolatshahi-Pirouz.

Materialet kan mærke som menneskehud

I forskningen har Alireza Dolatshahi-Pirouz med sine kolleger udviklet et materiale med mange af de samme egenskaber som biologiske materialer.

Det nye stof hedder noget så mundret som grafen-poly(3,4-ethylendioxythiophen):polystyrensulfonat - en kombination af grafen og en elektrisk ledende plast. Navnet er langt, men det vigtige er, hvad det kan:

Det er blødt, ledende og kan hele sig selv på få sekunder, fordi de elektrisk ledende forbindelser mellem molekylerne automatisk gendannes – lidt som velcro, der sætter sig sammen igen.

På grund af de unikke bindinger mellem molekylerne i grafen-poly(3,4-ethylendioxythiophen):polystyrensulfonat kan det kunstige væv gendanne sig selv, hvis det går i stykker.

Det selvhelende stof reparerer sig selv ved at genopbygge elektrisk ledende forbindelser, så det stadig kan fungere efter en skade – lidt som hud, der heler.

Det kan også føle temperaturer, pH, tryk, forskelle i fugtighed og biologiske signaler som adrenalin, serotonin og glukose, der siger noget om kroppens tilstand.

Den bløde sensor kan “mærke” sine omgivelser, fordi det leder strøm – ligesom nerver i kroppen. Når for eksempel temperaturen stiger, stiger også materialets ledningsevne.

Materialet er sensitivt over for biomolekyler gennem udveksling af elektroner mellem materialet og biomolekylerne.

»Det gør, at vi kan observere, om materialet har været i kontakt med biologiske molekyler gennem elektrokemi. Denne syntetiske hud reagerer dermed på omgivelserne, og det kan vi måle,” forklarer Alireza Dolatshahi-Pirouz.

Materialet reagerer, når det bliver rørt

Endelig kan den fleksible overflade også reagere på stimuli.

Når overfladen bliver varmere, udvider den sig – ligesom menneskehud kan svede – og det kan sætte gang i frigivelsen af kølende stoffer, der påvirker omgivelserne.

Helt banalt kan man forestille sig, at et kølende stof bliver frigivet, når temperaturen stiger. Derved kan overfladen ikke bare mærke, at temperaturen stiger; det kan også reagere på dette stimuli.

Denne avancerede struktur kan også styres med elektriske impulser – forskerne har fx fået det til at blinke med en LED som svar på berøring eller varme.

Forestil dig en robot, der arbejder udenfor om vinteren – materialet kan hjælpe den med at holde varmen.

I det tilfælde kan robotten opvarme sig selv ved at sende elektrisk strøm ind i materialet og derefter arbejde videre.

»Det er kun fantasien, som sætter grænsen for, hvad man kan forestille sig at benytte denne teknologi til,” siger Alireza Dolatshahi-Pirouz.

Robotter, kræftbehandling – og måske krig

Netop fantasien har også været i gang i laboratoriet, hvor Alireza Dolatshahi-Pirouz med sine kolleger forestiller sig forskellige anvendelsesmuligheder for opfindelsen.

For det første er der den oplagte, som er inden for udvikling af robotter med egenskaber, der ellers kun kendes fra biologien.

Nogle robotter vil måske kun have brug for evnen til at hele sig selv, mens andre har brug for flere funktioner., for eksempel evnen til at reparere sig selv, mens andre kan få brug for flere egenskaber eller dem alle sammen.

En anden mulig anvendelse er inden for sundhedsteknologi.

Her forestiller Alireza Dolatshahi-Pirouz sig, at opfindelsen kan anvendes i fremtidig kræftbehandling.

Materialet kan muligvis sprøjtes ind omkring en kræftknude og reagere, hvis den vokser, så det kan reagere, hvis det kan mærke, at kræftknuden vokser. I det tilfælde kan materialet frigive mere medicin direkte der, hvor det er nødvendigt.

»Mit eget fokus er anvendelsen inden for sundhedssektoren, hvor man også kan forestille sig, at man an bruge materialet som en slags sensor, der måler kroppens tilstand og reagerer automatisk, og så reagerer ved at frigive stoffer, der hjælper kroppen med at blive rask igen, for eksempel ved at frigive mere medicin, hvis kroppens temperatur stiger,” siger Alireza Dolatshahi-Pirouz.

Endelig er der også en mulig anvendelse inden for militæret, hvor Alireza Dolatshahi-Pirouz forestiller sig, at man kan lave en masse mini små robotter, der opdager svage steder på et militærkøretøj og kan reagere på det og så reagerer med passende angreb på svaghederne og fx kan få dele til at gå i stykker, som gør fjendens køretøjer ubrugelige.

»Alt sammen hører selvfølgelig fremtiden til, men vi har nu for første gang et materiale med alle de egenskaber, som vi også kender til fra naturen,” siger han.