W ubiegłym roku lekarze i inżynierowie odnieśli wielki sukces w zapewnianiu amputowanym wysoce kontrolowanych kończyn protetycznych. Na przykład DEKA „Luke Arm” daje noszącemu wystarczająco precyzyjną kontrolę, aby jeść pałeczkami - jest to również pierwsze ramię bioniczne zatwierdzone przez FDA.
powiązana zawartość
- Ta sztuczna sieć neuronowa generuje absurdalne linie odbiorcze
Ale komunikacja z tymi sztucznymi kończynami jest czymś jednokierunkowym. Użytkownicy mogą kontrolować ramiona, dłonie i stopy za pomocą starannie zaprojektowanych połączeń z istniejącymi nerwami i mięśniami, ale nie otrzymują gotowej informacji zwrotnej od sztucznej kończyny, tak jak robili to przez prawdziwą skórę. Oznacza to, że mogą nie wiedzieć, kiedy coś jest gorące, wyjątkowo delikatne lub wkrótce wymknie się z ich uścisku.
Wcześniej w tym tygodniu naukowcy z Seoul National University i Cambridge, Massachusetts, start-up start-up MC10 zaprezentowali swoje rozwiązanie: obciążony czujnikiem polimer zaprojektowany, aby rozciągać się i czuć jak prawdziwa, ludzka skóra, która mogłaby przykryć urządzenia protetyczne i dać użytkownikom poczucie dotyku w przyszłości. Zespół pod przewodnictwem Dae-Hyeong Kim opublikował swoje badania w czasopiśmie Nature Communications .
Kluczową innowacją jest tutaj elastyczność - zarówno pod względem sprawności fizycznej, jak i zakresu doznań. W przeciwieństwie do czujników używanych we wcześniejszych wysiłkach, Kim są w stanie poruszać się i rozciągać jak skóra. Cienkie paski złota i silikonu osadzone w polimerze, zwanym elastomerem, wynoszą do 400 czujników na milimetr kwadratowy. Paski są wplecione w siatkę, która pozwala na rozciąganie materiału przy minimalnym ryzyku złamania. Sieć rozciągliwych elektrod symuluje nerwy. Razem czujniki mogą wykrywać temperaturę, wilgotność, ciśnienie i obciążenie fizyczne.
Jednak nie każda część materiału rozciąga się jednakowo, ponieważ badacze chcieli dopasować jego flex do zmian nieodłącznych w całym ciele. „Niektóre części dłoni rozciągają się tylko o kilka procent, podczas gdy inne [rozciągają się] o więcej niż 20 procent”, Kim wyjaśniła LiveScience . Jednocześnie różne obszary ciała mają mniej więcej elastyczność; na przykład skóra na kolanie jest bardziej elastyczna niż na dłoni. Małe grzejniki w polimerze zapewniają ciepło ludzkiej skóry.
Dzięki tkanej konstrukcji nowa inteligentna skóra może zginać się bez rozdarcia. (Dzięki uprzejmości Kim i in. / Nature Communications) Choć projekt jest zachęcający, eksperci twierdzą, że na razie nie jest jeszcze możliwy do zrealizowania. „Ta demonstracja koncepcji jest interesująca, ale wciąż pozostaje wiele ciężkiej pracy, aby pokazać solidność i wydajność niezbędną do przetłumaczenia tego urządzenia na użyteczne protetyczne ręce”, Dustin Tyler, profesor inżynierii biomedycznej w Case Western Reserve Uniwersytet, który specjalizuje się w interfejsach neuronowych, powiedział MIT Technology Review .
W szczególności zespół musi wymyślić sposób połączenia skóry z centralnym układem nerwowym człowieka, pozwalając mu doświadczyć wrażeń, które zapewnia. Prototyp oddziałuje z układem nerwowym szczura poprzez szereg platynowych nanodrutów poddanych obróbce w celu zapobiegania stanom zapalnym. Do tej pory naukowcy z powodzeniem wykazali, że skóra może wyzwolić korę czuciową szczura, ale nie jest w stanie powiedzieć, jakie zmysły są wyzwalane. Będą musieli przejść do testów na większych zwierzętach, zanim zaczną próbować na ludziach.
Praca Kima ma konceptualny wkład w wcześniejsze wysiłki, które na ogół przekazują jeden zmysł na raz. Na przykład w ubiegłym roku Tyler i współpracownicy z Cleveland Veterans Affairs Medical Center byli w stanie przekazać zmysł dotyku poprzez 20 czujników w protetycznej ręce, łącząc urządzenie z wiązkami nerwów. Na początku tego roku badacze ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii zastosowali podobną metodę, aby umożliwić osobie po amputacji rozróżnienie kształtu przedmiotów za pomocą dotyku. Tymczasem zespół z Northwestern University z powodzeniem przekazał odczucia temperatury i wibracji, wykorzystując istniejące mięśnie jako wzmacniacze czuciowe.
Kim i jego zespół opatentowali ich projekt, ale w tym momencie nie mają harmonogramu udostępnienia sztucznej skóry publiczności.
