211service.com
Kunstig hud, der sanser og strækker sig, som den rigtige ting
Nogle højteknologiske proteser kan styres af deres ejere ved hjælp af nerver, muskler eller endda hjernen. Der er dog ingen måde for bæreren at vide, om en genstand er skoldningsvarm eller ved at glide ud af vedhængets greb.
Denne elektroniske handske består af lag af materialer med strækbare guld- og siliciumsensorer.
Materialer, der registrerer varme, tryk og fugt, kan hjælpe med at ændre dette ved at tilføje sensoriske evner til proteser. En gruppe af koreanske og amerikanske forskere har nu udviklet en polymer designet til at efterligne de elastiske og højopløselige sensoriske evner af ægte hud.
Polymeren er infunderet med tætte netværk af sensorer lavet af ultratyndt guld og silicium. Det normalt sprøde silicium er konfigureret i serpentineformer, der kan forlænges for at tillade strækbarhed. Detaljer om arbejdet er offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkommunikation .
Strækbare følematerialer har været under udvikling i årevis (se Strækbart silicium og fremstilling af strækbart elektronik). Men dette er det hidtil mest følsomme materiale med hele 400 sensorer per kvadratmillimeter.
Hvis du har disse sensorer i høj opløsning hen over fingeren, kan du give den samme taktile berøring, som den normale hånd ville formidle til hjernen, siger Roozbeh Ghaffari, der har bidraget til forskningen og står i spidsen for avanceret teknologiudvikling på MC10 , en startup i Cambridge, Massachusetts, der udvikler bærbare produkter baseret på fleksible, sensorfyldte materialer.
Desuden indstillede forskerne sensorerne til at have de rigtige strækområder afhængigt af, hvor på en hånd de ville være placeret. De brugte motion-capture-kameraer til at studere, hvordan en rigtig hånd bevæger sig og strækker sig, og påførte derefter forskellige siliciumformer på forskellige steder på protesehuden for at imødekomme denne strækbarhed.
Et stykke af prototypen smart skin med integrerede sensorer er vist strakt med 20 procent.
Til sidst, i et yderligere forsøg på at få materialerne til at virke mere realistiske, tilføjede de et lag aktuatorer, der varmer det op til nogenlunde samme temperatur som menneskelig hud.
Den nye smarte hud løser kun én del af udfordringen med at tilføje sensation til proteseanordninger. Det større problem er at skabe holdbare og robuste forbindelser til det menneskelige nervesystem, så bæreren faktisk kan mærke, hvad der sanses.
I en grov demonstration af en sådan grænseflade, koblede Dae-Hyeong Kim, som ledede projektet ved Seoul National University, den smarte hud til en rottes hjerne og var i stand til at måle reaktioner i dyrets sensoriske cortex på sensoriske input. Dette viste dog ikke, om eller i hvilket omfang, rotten følte varme, tryk eller fugt. For at fortælle den nøjagtige slags følelse, siger Kim, er vi nødt til at flytte til større dyr, hvilket ville være vores fremtidige arbejde.
Der er stadig en stor kløft mellem, hvad de nye materialer kan, og hvad eksisterende grænseflader faktisk kan formidle til den menneskelige hjerne, siger Dustin Tyler , professor i biomedicinsk teknik ved Case Western Reserve University og ekspert i neurale grænseflader. Denne proof-of-concept demonstration er interessant, men der er meget hårdt arbejde tilbage for at vise den robusthed og ydeevne, der er nødvendig for at oversætte denne enhed til brugbare protesehænder, siger han.
Først for nylig er en grænseflade, der er i stand til at genoprette sensation, blevet demonstreret hos et menneske, da Tyler og kolleger udstyrede en mand i Cleveland-området, der mistede sin hånd, med et sådant system (se En kunstig hånd med rigtig følelse). Manden kunne styre hånden ved hjælp af en muskelgrænseflade, og omkring 20 sensorer på den protetiske hånd videresendte sensorisk information tilbage til ham gennem elektroden, der var fastgjort til en nerve i hans armstump. Dette gjorde det muligt for ham at vide, om han havde taget noget blødt op som et kirsebær, og forhindre sig i at knuse frugten.