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lunedì 30 gennaio 2017

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

(Credit: Thai National Parks)
(Credit: Thai National Parks)
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