Sådan giver du falske hænder en ægte følelse

Den menneskelige hånd har 17.000 berøringssensorer, der hjælper os med at samle ting op og forbinde os med den fysiske verden. En hånd- eller fodprotese har ingen følelse overhovedet.

Zhenan Bao håber at ændre det ved at pakke proteser ind med elektronisk hud, der kan mærke tryk, heles ved skæring og behandle sensoriske data. Det er et kritisk skridt hen imod proteser, som en dag kan kobles til nervesystemet for at give en følelse af berøring. Selv før det er muligt, ville blød, men alligevel gribende elektronisk hud lade amputerede og forbrændingsofre udføre flere daglige opgaver som at samle sarte genstande op - og muligvis hjælpe med at lindre smerte i fantomlemmer.

Denne historie var en del af vores september 2016-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

For at efterligne og på nogle måder overgå evnerne i huden på menneskelige hænder, gentænker Bao, hvad et elektronisk materiale kan være. Elektronisk hud skal ikke kun være følsom over for tryk, men også let, holdbar, elastisk, bøjelig og selvhelbredende, ligesom ægte hud. Det burde også være relativt billigt at fremstille i store plader til at vikle rundt om proteser. Traditionelle elektroniske materialer er ingen af ​​disse ting.

Bao (en MIT Technology Review Innovator Under 35 i 2003) har arbejdet på elektronisk hud siden 2010. Hun har været nødt til at skabe nye kemiske opskrifter for hver elektronisk komponent, der erstatter stive materialer som silicium med fleksible organiske molekyler, polymerer og nanomaterialer.

Zhenan Bao

Baos gruppe bruger elastiske gummimaterialer, der ligner menneskelig hud i den måde, de giver og restituerer. Nogle gange blander hendes team elektroniske materialer i gummiet; andre gange bygger de ovenpå. For at lave en berøringssensor blander forskere kulstof, der er elektrisk ledende. Spændingen over denne ledende gummiplade ændres, når materialet presses. Baos gruppe fandt ud af, at dækning af disse berøringssensorer med et mønster af mikroskala-pyramider forbedrer deres berøringsfølsomhed - meget som vores fingeraftryks hvirvler gør. Afhængigt af designet kan disse sensorer gøres mindst lige så følsomme som huden på vores hænder. Hendes gruppe udskriver også transistorer, elektriske ledninger og andre komponenter på gummibeklædningen for at lave strækbare kredsløb, der kan behandle data fra berøringssensorer på en håndprotese.

Til venstre kan en airbrush fyldt med sølv-nanopartikelblæk bruges til at printe elektriske kontakter og ledninger gennem en stencil.

Til højre, gennem et mikroskop, er små pyramider på en berøringssensor synlige. Disse 50 mikrometer brede funktioner forbedrer følsomheden, ligesom kanterne på vores fingeraftryk.

Til venstre kan en airbrush fyldt med sølv-nanopartikelblæk bruges til at printe elektriske kontakter og ledninger gennem en stencil.

Til højre, gennem et mikroskop, er små pyramider på en berøringssensor synlige. Disse 50 mikrometer brede funktioner forbedrer følsomheden, ligesom kanterne på vores fingeraftryk.

Hver fingerspids på denne trædisplayhånd er udstyret med en elastisk berøringssensor forbundet til elektriske ledninger, der fører data til et fleksibelt elektronisk kontrolcenter på håndfladen.

Nu arbejder Bao på mærkeligere materialer. En polymer, hun udviklede, er meget mere strækbar end menneskehud: den kan trækkes til 100 gange dens normale længde uden at gå i stykker. Dette materiale heler også, når det skæres, uden varme eller anden udløsning. Og det kan fungere som en svag kunstig muskel, der udvider sig og trækker sig sammen, når et elektrisk felt påføres.

Med de grundlæggende materialer og design på plads, arbejder hun på halvledere og andre elektroniske materialer, der har samme helbredende og strækkende evner. Men at genopfinde de elektroniske materialer vil ikke være nok: data fra disse kunstige skind skal leveres til nervesystemet i et format, som kroppen kan forstå. Baos gruppe arbejder nu på kredsløbsdesign, der vil sende signaler til nervesystemet, så elektroniske skins en dag ikke kun vil hjælpe amputerede med at genvinde fingerfærdigheden, men også lade dem føle berøringen af ​​deres kære.

skjule