Нова електронна шкіра може реагувати на біль, як шкіра людини

Дослідники розробили електронну штучну шкіру, яка реагує на біль так само, як справжня шкіра, відкриваючи шлях до кращого протезування, розумнішої робототехніки та неінвазивних альтернатив шкірним трансплантатам.

Прототип пристрою, розроблений групою з університету RMIT в Мельбурні, Австралія, може в електронному вигляді відтворити спосіб відчуття болем людської шкіри.

Пристрій імітує майже миттєву реакцію зворотного зв'язку і може реагувати на хворобливі відчуття з тією самою швидкістю освітлення, що нервові сигнали надходять до мозку.

Провідний дослідник професор Мадху Баскаран сказав, що прототип, що відчуває біль, є значним прогресом у напрямку біомедичних технологій наступного покоління та інтелектуальної робототехніки.

"Шкіра — це найбільший орган чуття нашого тіла, що має складні функції, призначені для надсилання попереджувальних сигналів про швидке пожежу, коли щось болить", — сказав Баскаран.

"Ми постійно відчуваємо речі через шкіру, але наша реакція на біль починає діяти лише в певний момент, наприклад, коли ми торкаємося чогось занадто гарячого або занадто різкого.

"Жодні електронні технології не змогли реально імітувати те саме людське відчуття болю — до цього часу.

"Наша штучна шкіра реагує миттєво, коли тиск, тепло або холод досягають хворобливого порогу.

"Це критичний крок уперед у майбутньому розвитку складних систем зворотного зв'язку, які нам потрібні, щоб забезпечити справді розумне протезування та інтелектуальну робототехніку".

Прототипи функціонального зондування

Окрім прототипу, що відчуває біль, дослідницька група також розробила пристрої з використанням розтяжної електроніки, яка може відчувати і реагувати на зміни температури і тиску.

Бхаскаран, співкерівник групи функціональних матеріалів та мікросистем в RMIT, заявив, що три функціональні прототипи були розроблені для забезпечення ключових особливостей чутливості шкіри в електронній формі.

З подальшим розвитком штучна шкіра, що розтягується, також може стати майбутнім варіантом для неінвазивних трансплантатів шкіри, де традиційний підхід не є життєздатним або не працює.

"Нам потрібен подальший розвиток, щоб інтегрувати цю технологію в біомедичні програми, але основи — біосумісність, схожа на шкіру розтяжність — уже є", — сказав Баскаран.

Як зробити електронний скін

Нове дослідження, опубліковане в Передові інтелектуальні системи і поданий як попередній патент, поєднує в собі три технології, раніше запроваджені та запатентовані командою:

  • Еластична електроніка: поєднання оксидних матеріалів з біосумісним кремнієм для отримання прозорої, небиткої та зручної для носіння електроніки тонкої, як наклейка.
  • Покриття, що реагують на температуру: самомодифікуючі покриття в 1000 разів тонші, ніж людське волосся, на основі матеріалу, який перетворюється у відповідь на тепло.
  • Пам'ять, що імітує мозок: електронні клітини пам'яті, що імітують спосіб, яким мозок використовує довготривалу пам'ять для згадування та збереження попередньої інформації.

Прототип датчика тиску поєднує в собі розтяжну електроніку та комірки довготривалої пам’яті, термодатчик об’єднує термореактивні покриття та пам’ять, тоді як датчик болю інтегрує всі три технології.

Доктор філософії дослідник Md Ataur Rahman сказав, що клітини пам'яті в кожному прототипі відповідають за спрацьовування реакції, коли тиск, нагрівання або біль досягають встановленого порогу.

"Ми по суті створили перші електронні соматосенсори, що повторюють ключові особливості складної системи нейронів, нервових шляхів і рецепторів, що керують нашим сприйняттям сенсорних подразників", — сказав він.

"Хоча деякі існуючі технології використовують електричні сигнали для імітації різного рівня болю, ці нові пристрої можуть реагувати на реальний механічний тиск, температуру та біль і забезпечувати правильну електронну відповідь.

"Це означає, що наша штучна шкіра знає різницю між тим, як м'яко торкатися пальцем пальця або випадково колоти його — критична відмінність, яка ніколи не була досягнута в електронному вигляді".

Дослідження було підтримано Австралійською дослідницькою радою та проведено в ультрасучасному дослідницькому центрі мікро-нано RMIT для мікро / нановиготовлення та прототипування пристроїв.

Facebook Comments