Naukowcy opracowali e-skórę, która przez protezę czuć ból

Naukowcy z Johns Hopkins University (USA) opracowali "e-skórę", który naśladuje zdolności niniejszej skóry, informuje gazeta IEEE Spectrum. Opracowanie oferują korzystać ze sztucznymi protezami, dzięki czemu będzie można zwrócić możliwość przez sztuczną kończynę odczuwać ból. Dlaczego ból? Rozdziale badania dotyczące rozwoju e-skóry Нитишу Тхакору, profesor bioengineering Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa ciągle zadaję sobie to pytanie.

Wszystkie sprawy w sensie praktycznym. Receptory bólowe znajdujące się w skórze, pomaga nam bronić się przed coraz uszkodzeń. Na przykład, od ostrego noża lub gorącej patelni. W tym samym sensie ludzie z amputowaną skończoności mogą polegać na percepcję bólu, który będzie przekazywane przez sztuczną skórę i protezy, co pozwoli uchronić się przed uszkodzeniem ostatniego, mówi Тхакор. Również naukowiec oferuje bardziej kompleksowy i w pewnym stopniu nawet poetyckie wyjaśnienie:

"Możemy przywrócić człowiekowi utracone poczucie percepcji: od delikatnego dotyku, do silnego ciśnienia i bólu. Myślę, że to sprawi, że sztuczne protezy bardziej 'żywe'".

W artykule opublikowanym przez magazyn "Science" Robotics, Тхакор, jego magistrant / magistrantka Luke Osborne, a także ich koledzy opisują opracowanie i wstępne testowanie systemu "эдермис" (od ang. electronic dermis, e-dermis — e-skóra). W jednym z ostatnich badań zespół naukowców próbował dodać sztucznej protezy możliwość poczuć ból i przekazywać jej nośnika.

Na tworzenie sztucznej skóry badaczy inspirowane cechą pracy biologicznych receptorów dotyku, znajdujących się w naszej skórze okładce. Skóra zawiera kilka warstw z receptorów. Stworzona "эдермис" również składa się z wielu warstw. Co prawda są one produkowane z пьезорезистивных i tkanek przewodzących, a nie różnych żywych komórek, jak w przypadku prawdziwej skóry. Jak w prawdziwym warstwy sztucznej skóry mogą reagować na różne poziomy ciśnienia: przy silnej stymulacji "эдермис" szybciej i mocniej przekazuje odczucia, a przy mniej intensywnym – wolniej i są słabsze.

Odbierane informacje od "e skóry" przekłada się na impulsy podobnych nie te, które są prawdziwymi neuronami do komunikowania się między sobą. Następnie za pomocą małych elektrycznych стимуляций te нейроноподобные impulsy przekazywane są obwodowych nerwów w skórze amputacji kończyn, powodując uczucie ciśnienia i bólu.

Aby sprawdzić systemu naukowcy zaprosili grupę wolontariuszy. Wśród nich znalazł się 29-letni mężczyzna z amputacji powyżej stawu łokciowego lewą ręką. W ciągu dwóch miesięcy Luke Osbourne wynosił mapę nerwów obwodowych amputacji kończyn. Dzięki zastosowaniu słabych elektrycznych стимуляций magistrant / magistrantka w stanie określić, jak nerwy obwodowe połączone z фантомными bólami, które doświadczyłem zaproszony na ochotnika. W ramach badania Osborne stwierdził, że przekazanie pewnej ilości prądu o określonej częstotliwości nie tylko odzyskiwał czucie dotyku utraconej kończyny, ale i powodowało fantomowe ból. Według Тхакора, ból nie był silny, ochotnik ocenił ją na 3 punkty w 10-punktowej skali.

Schemat systemu "эдермис"

Po przeprowadzeniu koniecznych kalibracji, naukowcy zebrali systemu w całości: "эдермис" umieścili na palce sztucznej protezy, model нейроноподобных impulsów pobrany w kontroler protezy, a stymulator elektryczny przyłączyły się do kulcie amputacji ręki. Kolejne badania wykazały, że człowiek jest w stanie nie tylko dotknąć obiektu, z którym spędza manipulacji za pomocą sztucznej protezy, które powodują u niego poczucie widmo kończyny, ale także odróżnić czy obiekt, na przykład, okrągłym lub ostrym. W dodatku do tego proteza został zaprogramowany na ból "odczucia", aby automatycznie zatrzymać ostry obiekt przy ustalaniu tego uczucia.

W tym badaniu naukowcom udało się skutecznie przekazać informacje na dotykowy do systemu nerwowego człowieka za pomocą elektrycznej stymulacji skóry amputacji ręki, jednak wysyłanie impulsów neuronowych może być i z pomocą innych technologii. Duże nadzieje pokazują technologii implantacji specjalnych mózgu elektrod, mięśni реиннервации (odzyskiwania zaopatrzenie w nerwach, co zapewnia ich związek z centralnego układu nerwowego), a także rozwój technologii нейрокомпьютерных interfejsów.

"Pewnego dnia wszystko to możemy wszczepiać i zintegrować bezpośrednio w nasz centralny układ nerwowy, a nie tylko w skórę. Ale nasze podejście dostępny jest już tu i teraz", — wypowiadał się Тхакор.

Później on i jego laboratorium planują zająć się badaniami innych materiałów, które mogłyby stać się podstawą dla "e skóry" i pozwolić wysyłać szerszy wachlarz różnych doznań dotykowych.

Opracowany przez naukowców technologia może znaleźć swój potencjał w robotyki i zakresie technologii rozszerzonej rzeczywistości. W szczegóły Тхакор wdawać się nie stało, ale jest oczywiste, że dotykowe umiejętności pozwalają robotom bardziej efektywnie dostosować się do pracy z różnymi obiektami i radzić sobie z szerokim zakresem zadań. Wdrożenie technologii w procesy produkcyjne pozwoli znacznie obniżyć jej koszty i rozszerza zakresu jej stosowania.