Sztuczna skóra, która wyczuwa i rozciąga się jak prawdziwa

Niektóre zaawansowane technologicznie protezy kończyn mogą być kontrolowane przez ich właścicieli za pomocą nerwów, mięśni, a nawet mózgu. Jednak nie ma możliwości, aby użytkownik mógł stwierdzić, czy przedmiot jest gorący, czy też zaraz wyślizgnie się z uścisku wyrostka.

Ta naładowana elektroniką rękawica składa się z warstw materiałów z rozciągliwymi złotymi i silikonowymi czujnikami.

Materiały wykrywające ciepło, ciśnienie i wilgoć mogą pomóc to zmienić, dodając możliwości sensoryczne do protetyki. Grupa koreańskich i amerykańskich naukowców opracowała teraz polimer zaprojektowany, aby naśladować elastyczne i wysokiej rozdzielczości zdolności sensoryczne prawdziwej skóry.

Polimer jest nasycony gęstą siecią czujników wykonanych z ultracienkiego złota i krzemu. Normalnie kruchy krzem jest skonfigurowany w serpentynowe kształty, które mogą się wydłużać, aby zapewnić rozciągliwość. Szczegóły pracy są dziś publikowane w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza .

Rozciągliwe materiały czujnikowe są opracowywane od lat (patrz Rozciągliwy krzem i Wytwarzanie rozciągliwej elektroniki). Ale jest to najbardziej czuły materiał, z aż 400 czujnikami na milimetr kwadratowy.

Jeśli masz te czujniki o wysokiej rozdzielczości na palcu, możesz dać taki sam dotyk, jaki normalna ręka przeniesie do mózgu, mówi Roozbeh Ghaffari, który przyczynił się do badań i kieruje rozwojem zaawansowanych technologii w firmie MC10 , startup z Cambridge w stanie Massachusetts, opracowujący produkty do noszenia na bazie elastycznych materiałów wypełnionych czujnikami.

Co więcej, naukowcy dostroili czujniki, aby uzyskać odpowiednie zakresy rozciągania, w zależności od tego, w którym miejscu dłoni byłyby zlokalizowane. Wykorzystali kamery rejestrujące ruch, aby zbadać, jak prawdziwa ręka porusza się i rozciąga, a następnie zastosowali różne kształty silikonu w różnych miejscach na skórze protezy, aby dostosować ją do tej rozciągliwości.

Wykazano, że fragment prototypowej inteligentnej skóry ze zintegrowanymi czujnikami jest rozciągnięty o 20 procent.

Wreszcie, aby uczynić materiały bardziej realistycznymi, dodali warstwę aktywatorów, które podgrzewają ją do mniej więcej takiej samej temperatury, jak ludzka skóra.

Nowa inteligentna skóra to tylko jedna część wyzwania, jakim jest dodanie sensacji do urządzeń protetycznych. Większym problemem jest tworzenie trwałych i solidnych połączeń z ludzkim układem nerwowym, aby użytkownik mógł rzeczywiście poczuć to, co jest wyczuwane.

W prymitywnej demonstracji takiego interfejsu Dae-Hyeong Kim, który kierował projektem na Uniwersytecie Narodowym w Seulu, połączył inteligentną skórę z mózgiem szczura i był w stanie zmierzyć reakcje w korze czuciowej zwierzęcia na bodźce czuciowe. Nie pokazało to jednak, czy iw jakim stopniu szczur odczuwał ciepło, ciśnienie lub wilgoć. Aby dokładnie określić rodzaje uczuć, mówi Kim, musimy przejść do większych zwierząt, co będzie naszą przyszłą pracą.

Pozostaje duża luka między tym, co nowe materiały mogą zrobić, a tym, co istniejące interfejsy mogą faktycznie przekazać ludzkiemu mózgowi Dustin Tyler , profesor inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Case Western Reserve oraz ekspert w dziedzinie interfejsów neuronowych. Ta demonstracja weryfikacji koncepcji jest interesująca, ale pozostało jeszcze wiele ciężkiej pracy, aby wykazać solidność i wydajność niezbędną do przełożenia tego urządzenia na użyteczne protezy rąk, mówi.

Dopiero niedawno zademonstrowano interfejs zdolny do przywracania czucia u człowieka, kiedy Tyler i współpracownicy wyposażyli w taki system człowieka z obszaru Cleveland, który stracił rękę (patrz Sztuczna ręka z prawdziwym uczuciem). Mężczyzna mógł kontrolować rękę za pomocą interfejsu mięśniowego, a około 20 czujników na protezie ręki przekazywało mu informacje czuciowe przez elektrodę przymocowaną do nerwu w kikucie ramienia. To pozwoliło mu wiedzieć, czy podniósł coś miękkiego jak wiśnia i powstrzymać się przed zmiażdżeniem owocu.

ukryć