多くの場合、オーストリアのグラーツ市のオール川の両側では、指先や指の感覚さえ感じられないほど寒くなることがあります。グラーツ市の大学であるTUグラーツの研究所には、ペトリ皿上に「人工皮膚」と呼ばれるスマートスキンというものがあり、これは人間の指先よりも感度が高いとその開発者たちが主張しています。ウェアラブルデバイスの外部感触を和らげ、より人間らしくするための材料を求める今日の世界において、私たちは素材科学の未来に向けた進歩を遂げています。
昨年、グラーツ大学固体物理学研究所のアンナ・マリア・コクリテ博士と彼女のチームは、彼らのプロジェクト「スマートコア」のためにヨーロッパ研究評議会に研究結果を提出し、概念実証のための資金を獲得しました。スマートコアとは何か？コクリテ博士と彼女のチームは「インテリジェントスキン」のためのハイブリッド素材を開発しました。この素材は人間の皮膚に近づく一方で、圧力、湿度、温度の情報を受け取り、それらを電子信号に変換することができます。1平方ミリメートルあたり2000のセンサーを搭載したこのハイブリッド素材は、人間の指先よりも感度が高く、人間の皮膚よりも薄く（0.006ミリメートル）、圧力と温度にのみ反応する市場で現在利用可能なすべての電子皮膚材料を上回っているとチームは主張しています。
固体物理学の専門家であるコクリテ博士は、最新の技術に取り組むだけでなく、彼女の研究をわかりやすく説明することも心がけています。The HinMAZUでのビデオインタビューで、彼女は自身の研究を説明しようとしました。「人工皮膚は、私たちの皮膚の機能を再現しようとする一連の材料です。もちろん、私たちの人間の皮膚は非常に複雑で、感覚だけでなく温度調節や保護など多くの機能を持っています。人工皮膚プロジェクトでは、少なくともこれらのいくつかの機能を再現しようとしています。私たちは感度の特性に焦点を当てました。したがって、湿度、温度、圧力センサーをデバイスに組み込むことにしました。これにより、触れたものを冷たいものまたは温かいものとして感知できることを示しました。同様に、人工皮膚には冷たい物体と温かい物体、棘のある物体と棘のない物体などを区別する能力があります。」
さらに、「人間の皮膚は1平方ミリメートルの解像度を持っています。つまり、1平方ミリメートル以上の表面を指で感じることができます。私たちのデバイスでは、1平方ミリメートルより小さい面積のピクセルからさえも電流を測定することができました。つまり、人間の皮膚よりも小さい領域からでも情報を得ることができます。これはどういった利点があるのでしょうか？まず第一に、人間のスケールよりも統合されたより正確な反応を提供することができます。また、これによりより小さな物体を検出することもできます。」
これは何年もの間進められてきました。人工皮膚プロジェクトの研究は2016年に開始され、資金が利用可能になった時点で始まりました。「以前からこのようなデバイスで使用されていた材料にも取り組んできました。例えば、材料の1つは湿度と温度に応じて厚さが変わるインテリジェントポリマーです。プロトタイプで使用される材料によって全体のプロセスの基礎が確立されます。私のチームは、圧縮または伸張されると電流を生成する圧電材料も利用しています。このタイプの材料により、人工皮膚は力や圧力を知覚することができます。また、非常に重要なもう1つの材料は、湿度と温度に応じて厚さが変化するインテリジェントポリマーです。具体的には、これら2つの材料は異なるナノチューブで組み合わされています。つまり、非常に非常に小さなチューブであり、ポリマーは中に、圧電材料は外側にあります。すると、ポリマーが温度または湿度の変化によって膨張すると、圧電材料に圧力がかかり、電流が生成されます。」
当然の発想源は、人間の皮膚そのものですが、松ぼっくりや植物の葉などの他の生物模倣的な例もあります。これらも温湿度に応じて形状や厚さが変化するため、インテリジェントポリマーは自然界の他の現象を模倣しています。これらの材料は生体適合性があるのでしょうか？「私たちはこれらの材料を生体適合性のあるものにしたかったのです。なぜなら、それらを医療分野で使用することを考えていたからです。特に、人間の皮膚よりも解像度が低くなるような非常に小さなセンサーを作成するために、精密な化学成長技術を使用し、必要な品質を確保しました。」
環境に意識があり、環境持続可能性を重視する人々にとっては、コクリテ博士のチームのもう1つの利点は、そのサイズです。「私たちが使用するすべてのセンサーは、1平方ミリメートルよりもはるかに小さい薄い層で作られています。これは、使用される材料の量が非常に少ないことを意味しています。したがって、これらの材料の痕跡はほとんど残りません。デバイス全体で最も厚い部分は、プラスチックフィルムを適用する基板ですが、環境に優しいペーパーフィルムでも代用できます。このようなプロトタイプは、最初の設計よりもよりエコな材料で作られることもあります」とコクリテ博士は説明しています。
成功したプロトタイプと将来のためのERCの資金援助により、コクリテ博士と彼女のチームは、スマートスキンの医療やロボット工学への応用のさらなる可能性を追求することを望んでいます。ひとつの具体的な応用例は、より自然な人間と機械のインターフェースの開発や、より小さな物体の検出です。