Проект “космічної катапульти” SpinLaunch отримає фінансову підтримку компаній Google і Airbus
22 Червня , 2018
Закони Євросоюзу можуть сильно змінити Інтернет
23 Червня , 2018

Вчені розробили електронну шкіру, що передає відчуття

Дослідники з Університету Джонса Хопкінса (США) розробили «електронну шкіру», що імітує здібності шкірного покриву, повідомляє видання IEEE Spectrum. Розробку пропонують використовувати зі штучними протезами, завдяки чому можна буде повернути можливість через штучну кінцівку відчувати біль. Чому саме біль? Главі дослідження з розробки електронної шкіри Нітішу Тхакору, професору біоінженерії Університету Джонса Хопкінса постійно ставлять це питання.

Вся справа в практичному сенсі. Больові рецептори, що знаходяться в шкірі, допомагають нам захищатися від отримання ушкоджень. Наприклад, від гострого ножа або гарячої сковорідки. Для того ж люди з ампутованою кінцівкою зможуть покладатися на сприйняття болю, який буде передаватися через штучну шкіру і протез, що дозволить захиститися від пошкодження останнього, каже Тхакор. Також вчений пропонує більш комплексне і в якійсь мірі навіть поетичне пояснення:

«Ми можемо повернути людині втрачене почуття сприйняття: від легкого дотику, до сильного тиску і больових відчуттів. Я думаю, що це зробить штучні протези більш “живими””.

У статті, опублікованій журналом Science Robotics, Тхакор, його аспірант Люк Осборн, а також їх колеги описують розробку і початкові випробування своєї системи «едерміс» (від англ. electronic dermis, e-dermis — електронна шкіра). В одному з останніх тестів команда вчених постаралася додати штучному протезу можливість відчувати біль і передавати його носію.

На створення штучної шкіри дослідників надихнула особливість роботи біологічних рецепторів дотику, що знаходяться в нашому шкірному покриві. Шкіра містить одразу кілька шарів рецепторів. Створена «едерміс» теж складається з безлічі шарів. Правда виробляються вони з п’єзорезистивних та провідних тканин, а не різних живих клітин, як у випадку зі справжньою шкірою. Шари штучної шкіри можуть реагувати на різні рівні тиску: при сильній стимуляції «едерміс» швидше і сильніше передає відчуття, а при менш інтенсивній – повільніше і слабкіше.

Одержувана інформація від «електронної шкіри» переводиться в імпульси, схожі на ті, що використовуються нейронами для взаємодії між собою. Потім за допомогою невеликих електричних стимуляцій ці нейроноподібні імпульси передаються периферичнм нервам у шкірі ампутованої кінцівки, викликаючи відчуття тиску і болю.

Для перевірки системи вчені запросили групу добровольців. Серед них виявився 29-річний чоловік з ампутованою вище ліктьового суглоба лівою рукою. Протягом двох місяців Люк Осборн складав карту периферичних нервів ампутованої кінцівки. Завдяки використанню слабких електричних стимуляцій аспірант зміг визначити, як периферичні нерви пов’язані з фантомними болями, які відчував запрошений доброволець. В рамках дослідження Осборн виявив, що подача струму на певній частоті не тільки повертала людині почуття дотику втраченої кінцівки, але і викликала фантомні больові відчуття. За словами Тхакора, біль був не сильний, доброволець оцінював його на 3 бали за 10-бальною шкалою.

Після проведення необхідного калібрування вчені зібрали систему повністю: «едерміс» помістили на пальці штучного протеза, модель нейроноподібних імпульсів завантажили в контролер протеза, а електричний стимулятор приєднали до культі ампутованої руки. Подальші тести показали, що людина здатна не лише відчувати об’єкт, з яким проводить маніпуляції за допомогою штучного протеза, що викликає у неї почуття фантомної кінцівки, але також розрізняти чи є об’єкт, наприклад, круглим або гострим. У доповненні до цього протез був запрограмований на больові «відчуття», щоб автоматично відпускати гострий об’єкт при визначенні цього почуття.

В даному дослідженні вченим вдалося ефективно передати сенсорну інформацію до нервової системи людини за допомогою електричної стимуляції шкіри ампутованої руки, однак передача нейронних імпульсів може здійснюватися і за допомогою інших технологій. Великі надії покладаються на технології імплантації спеціальних мозкових електродів, м’язової реіннервації, а також розвиток технологій нейрокомп’ютерних інтерфейсів.

«Одного разу все це ми зможемо імплантувати і інтегрувати безпосередньо в нашу центральну нервову систему, а не просто в шкіру. Але наш підхід доступний вже тут і зараз», — прокоментував Тхакор.

Надалі він і його лабораторія планують зайнятися дослідженнями інших матеріалів, які могли б стати основою для «електронної шкіри» і дозволити передавати більш широкий спектр різних тактильних відчуттів.

Розроблена вченими технологія також може знайти свій потенціал у сфері робототехніки та технологій доповненої реальності. В подробиці Тхакор вдаватися не став, але цілком очевидно, що тактильні здібності дозволять роботам більш ефективно адаптуватися до роботи з різними об’єктами і справлятися з більш широким спектром завдань. Впровадження технології у виробничі процеси дозволить істотно знизити її вартість і розширить сфери її застосування.

Author: LEU

Головний редактор сайту uaengineer.com.ua

LEU
LEU
Головний редактор сайту uaengineer.com.ua

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: