痛みや刺激を認識する電子人工皮膚が開発される（オーストラリア研究）

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　私たちの全身をおおっている皮膚――普段これを目にしてもシワだのシミだのニキビだのと粗探しばかりしてしまうが、じつは人体最大の感覚器官として大切な役割を果たしていることは忘れがちだ。

　皮膚には外部の刺激を検出するセンサーがところ狭しと並んでおり、体が受けている刺激に常に目を光らせている。

　そして、もし刺激の中に危険なものがあれば中央神経系に警報を出す。私たちが痛みに対してとっさに反応することができるのはこのおかげだ。

　この度、オーストラリアの研究グループは、本物の人間の皮膚のように薄く柔軟でありながら、外部の刺激や痛みにきちんと反応できる電子人工皮膚の開発に成功したそうだ。

複雑な皮膚の刺激センサーを再現

　一見したところ、体の表面をおおうただの膜のようなものにしか思えないかもしれないが、皮膚はとても複雑な作りをしている。

　そうした複雑なシステムを既存の触覚センサーとデータ処理装置で再現すること自体が容易ではないが、特に難しかったのは、それを皮膚として利用できるほどに小型化することだった。

　しかし今回、ロイヤルメルボルン工科大学（オーストラリア）のグループは、本物の人間の皮膚のように薄く柔軟でありながら、外部の刺激や痛みにきちんと反応できる電子人工皮膚の開発に成功したそうだ。

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まるでフィルムのように薄く柔軟な電子人工皮膚

image credit:RMIT University

皮膚が感知する圧力・温度・痛み

　皮膚がいつも監視している主な刺激は、「圧力」「温度」「痛み」の3つで、それぞれは「パチニ小体」「温度受容器」「侵害受容器」によって検出されている。これらの受容器が刺激を検出すると、その強さが測られ、それに応じたシグナルが脳に送信される。

　研究グループは、この3つの受容器の機能を、3つの技術を利用することで再現した。

　1つ目は、酸化素材と生体適合性のあるシリコンを組み合わせて作られたシールよりも薄く、伸縮性のある「圧力センサー」。

　2つ目は、熱に反応して相が変化する物質を利用した、髪の毛の1000分の1ほどの薄さしかない「熱反応コーティング」。

　そして3つ目は、脳が過去の情報を長期記憶として保持し、それを取り出す仕組みをまねて開発された、閾値に基づいて抵抗スイッチングを行う「記憶素子」である。

一定の刺激を超えると痛みとして反応

　開発された電子人工皮膚は、ただ温度や圧力の変化に反応するだけではない。

　そうした刺激が人間なら痛みを感じるだろうほどの強さだったとき、神経シグナルが脳に伝わるのと同じ電光石火のスピードで痛みの感覚に反応する。まさに人体が見せるほぼ一瞬のフィードバック反応が再現されているのだ。

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生体適合性や皮膚のような柔軟さは、すでに実用レベルに達しているとのこと

image credit:RMIT University

医療やロボットに

　その用途としてまず思い浮かぶのは、医療への応用だろう。これを実際に皮膚移植に使うにはもっと研究が必要だそうだが、そのために不可欠な要素である生体適合性や皮膚のような柔軟さはすでに達成されているとのこと。

　またそれだけでなく、人工知能を搭載したロボットや、人と機械あるいは機械と機械のインターフェースとしても重要な技術なのだそうだ。

この研究は『Advanced Intelligent Systems』（9月1日付）に掲載された。

Artificial Somatosensors: Feedback Receptors for Electronic Skins – Rahman – – Advanced Intelligent Systems – Wiley Online Library
https://techxplore.com/news/2020-09-electronic-skin-react-pain-human.html

References:techxplore/ written by hiroching / edited by parumo

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