Jak dać sztucznym dłoniom prawdziwe uczucie

Ludzka ręka ma 17 000 czujników dotykowych, które pomagają nam odbierać rzeczy i łączyć nas ze światem fizycznym. Proteza ręki lub stopy w ogóle nie ma czucia.

Zhenan Bao ma nadzieję, że to zmieni, owijając protezy elektroniczną skórą, która wyczuwa nacisk, leczy się podczas cięcia i przetwarza dane sensoryczne. To krytyczny krok w kierunku protetyki, który pewnego dnia może zostać podłączony do układu nerwowego, aby zapewnić zmysł dotyku. Jeszcze zanim będzie to możliwe, miękka, ale przyczepna elektroniczna skóra pozwoli osobom po amputacji i poparzeniom wykonywać więcej codziennych czynności, takich jak podnoszenie delikatnych przedmiotów – i być może pomogłaby złagodzić ból kończyn fantomowych.

Ta historia była częścią naszego wydania z września 2016 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Aby naśladować i pod pewnymi względami przewyższać możliwości skóry na ludzkich dłoniach, Bao zastanawia się, czym może być materiał elektroniczny. Elektroniczna skóra powinna być nie tylko wrażliwa na nacisk, ale także lekka, trwała, elastyczna, elastyczna i samoregenerująca się, tak jak prawdziwa skóra. Powinno być również stosunkowo niedrogie w produkcji w dużych arkuszach do owijania protez. Tradycyjne materiały elektroniczne to żadna z tych rzeczy.

Bao (i Przegląd technologii MIT Innovator Under 35 w 2003) pracuje nad skórą elektroniczną od 2010 roku. Musiała stworzyć nowe receptury chemiczne dla każdego elementu elektronicznego, zastępując sztywne materiały, takie jak krzem, elastycznymi cząsteczkami organicznymi, polimerami i nanomateriałami.

Zhenan Bao

Grupa Bao używa rozciągliwych materiałów gumowych, które są podobne do ludzkiej skóry w sposobie, w jaki dają i odzyskują. Czasami jej zespół miesza materiały elektroniczne z gumą; innym razem budują na nim. Aby stworzyć czujnik dotykowy, naukowcy mieszają węgiel, który przewodzi prąd elektryczny. Napięcie na tym przewodzącym arkuszu gumy zmienia się, gdy materiał jest dociskany. Grupa Bao odkryła, że ​​pokrycie tych czujników dotykowym wzorem piramid w mikroskali poprawia ich czułość na dotyk — podobnie jak robią to spirale naszych odcisków palców. W zależności od konstrukcji czujniki te mogą być co najmniej tak czułe, jak skóra na naszych dłoniach. Jej grupa drukuje również tranzystory, przewody elektryczne i inne komponenty na gumowatych powłokach, aby tworzyć rozciągliwe obwody, które mogłyby przetwarzać dane z czujników dotykowych na protezie ręki.

Po lewej, aerograf wypełniony atramentem nanocząsteczkowym srebra może być użyty do drukowania styków elektrycznych i przewodów przez szablon.

Po prawej, pod mikroskopem widoczne są malutkie piramidki na czujniku dotykowym. Te cechy o szerokości 50 mikrometrów poprawiają czułość, podobnie jak prążki naszych odcisków palców.

Po lewej, aerograf wypełniony atramentem nanocząsteczkowym srebra może być użyty do drukowania styków elektrycznych i przewodów przez szablon.

Po prawej, pod mikroskopem widoczne są malutkie piramidki na czujniku dotykowym. Te cechy o szerokości 50 mikrometrów poprawiają czułość, podobnie jak prążki naszych odcisków palców.

Każdy palec na tej drewnianej dłoni z wyświetlaczem jest wyposażony w elastyczny czujnik dotykowy połączony z przewodami elektrycznymi, które przenoszą dane do elastycznego elektronicznego centrum sterowania na dłoni.

Teraz Bao pracuje nad dziwniejszymi materiałami. Jeden z opracowanych przez nią polimerów jest znacznie bardziej rozciągliwy niż ludzka skóra: można go rozciągnąć do 100 razy większej niż normalna długość bez pękania. Ten materiał leczy się również po przecięciu, bez żadnego ciepła lub innego wyzwalacza. I może działać jak słaby sztuczny mięsień, rozszerzając się i kurcząc po przyłożeniu pola elektrycznego.

Mając podstawowe materiały i projekty, pracuje nad półprzewodnikami i innymi materiałami elektronicznymi, które mają taką samą zdolność uzdrawiania i rozciągania. Ale ponowne wymyślanie materiałów elektronicznych nie wystarczy: dane z tych sztucznych skór muszą być dostarczane do układu nerwowego w formacie zrozumiałym dla organizmu. Grupa Bao pracuje obecnie nad projektami obwodów, które będą wysyłać sygnały do ​​układu nerwowego, tak aby elektroniczne skórki pewnego dnia nie tylko pomagały osobom po amputacji odzyskać sprawność, ale także pozwalały im poczuć dotyk swoich bliskich.

ukryć