Исследовательская группа разработала электронную искусственную кожу, которая реагирует на боль так же, как настоящая кожа, открыв путь к лучшему протезированию, более умной робототехнике и неинвазивным альтернативам кожным трансплантатам.
Прототип, разработанный командой из Университета RMIT в Мельбурне, Австралия, может воспроизвести то, как человеческая кожа воспринимает боль с помощью электронной кожи. Устройство имитирует почти мгновенную обратную связь организма и может реагировать на болезненные ощущения так же быстро, как нервные сигналы поступают в мозг.
Ведущий исследователь, профессор Мадху Бхаскаран, сказал, что прототип датчика боли представляет собой значительный прогресс в направлении биомедицинских технологий следующего поколения и интеллектуальной робототехники.
Кожа - самый большой сенсорный орган в нашем теле со сложными функциями, предназначенными для посылки молниеносных сигналов, когда что-то болит. До сих пор никакая электронная технология не могла реалистично имитировать человеческое ощущение боли.
Мадху Бхаскаран, со-руководитель группы функциональных материалов и микросистем в RMIT
Как устроена человеческая кожа
Мы постоянно ощущаем ощущения через кожу, но наша болевая реакция проявляется только в определенный момент (например, когда мы касаемся чего-то слишком горячего или слишком острого). Электронная кожа, разработанная в RMIT, мгновенно реагирует, когда давление, жара или холод достигают определенного порога. Это фундаментальный шаг в будущем развитии сложных систем обратной связи, необходимых для создания действительно интеллектуальных протезов и интеллектуальной робототехники.
Прототипы функционального обнаружения
В дополнение к «электронной коже», прототипу, чувствительному к боли, исследовательская группа также разработала устройства, использующие растягивающуюся электронику, способную обнаруживать и реагировать на изменения температуры и давления. Бхаскаран сказал, что три функциональных прототипа были разработаны для передачи ключевых функций восприятия человеческой кожи в электронной форме.
При дальнейшем развитии растягивающаяся искусственная кожа также может стать в будущем вариантом неинвазивной трансплантации кожи, где традиционный подход нежизнеспособен или не работает.
«Нам необходимы дальнейшие разработки для интеграции этой технологии в биомедицинские приложения. Основы (биосовместимость и эластичность кожи) уже есть», — сказал Бхаскаран.
Как работает электронный скин
Новое исследование, Опубликован в Передовые Интеллектуальные Системы и зарегистрированный как предварительный патент, он сочетает в себе три технологии, ранее протестированные и запатентованные командой:
- Расширяемая электроника. Он сочетает в себе оксидные материалы с биосовместимым силиконом, чтобы обеспечить прозрачную, небьющуюся, носимую электронику толщиной с наклейку.
- Термореактивные покрытия. Самомодифицирующиеся покрытия в 1.000 раз тоньше человеческого волоса на основе материала, который трансформируется под действием тепла.
- Память, имитирующая мозг. Электронные ячейки памяти, которые имитируют способ, которым мозг использует долговременную память для вызова и хранения предыдущей информации.
Прототип датчика давления сочетает в себе расширяемую электронику и ячейки долговременной памяти. Тепловой датчик объединяет термореактивные покрытия и память. Датчик боли объединяет все три технологии.
Кандидат наук, доктор медицинских наук Атаур Рахман сказал, что клетки памяти в каждом прототипе факторов, составляющих электронную кожу, отвечают за запуск реакции, когда давление, тепло или боль достигают заранее установленного порога.
По сути, мы создали первые электронные соматосенсоры. Мы воспроизвели ключевые особенности сложной системы нейронов, нервных путей и рецепторов организма, которые определяют наше восприятие сенсорных стимулов.
Атаур Рахман, МРИТ
Существующие технологии использовали электрические сигналы для имитации боли разного уровня. Эта новая электронная кожа может реагировать на реальное механическое давление, температуру и боль и обеспечивать правильный ответ. Это большой шаг вперед. Это означает, что электронная кожа знает разницу между легким прикосновением пальца к булавке или случайным уколом себя. Принципиальное отличие, которое никогда раньше не достигалось электроникой.
-
«Искусственные соматосенсоры: рецепторы обратной связи для электронной кожи». Опубликован в Передовые Интеллектуальные Системы (DOI: 10.1002/аисы.202000094).
