V loňském roce lékaři a inženýři zaznamenali velký úspěch při poskytování vysoce kontrolovatelných protetických končetin ampulkám. Například DEKA „Luke Arm“ poskytuje uživateli dostatečně přesnou kontrolu k jídlu hůlkami - je to také první bionická ruka schválená FDA.
Související obsah
- Tato umělá neuronová síť vytváří absurdní vyzvedávací linie
Komunikace s těmito umělými údy je však něco jako jednosměrná ulice. Uživatelé mohou kontrolovat paže, ruce a nohy pečlivě navrženým spojením s existujícími nervy a svaly, ale nedostávají připravenou zpětnou vazbu od umělé končetiny tak, jak by procházeli skutečnou kůží. To znamená, že by nevěděli, kdy je něco horké, extrémně jemné nebo se chystá vyklouznout z jejich sevření.
Začátkem tohoto týdne vědci ze Soulské národní univerzity a Cambridge, Massachusetts na bázi nositelek MC10, odhalili své řešení: polymerem naloženým senzorem navrženým tak, aby se protahoval a cítil jako skutečná lidská kůže, která by mohla zakrýt protetické přístroje a dát nositelům pocit doteku v budoucnu. Tým vedený Dae-Hyeong Kim publikoval svůj výzkum v časopise Nature Communications .
Klíčovou novinkou je flexibilita - jak z hlediska fyzické obratnosti, tak z hlediska rozpětí pocitů. Na rozdíl od senzorů používaných v předchozím úsilí jsou Kimovy schopny se pohybovat a protahovat jako kůže. Tenké proužky zlata a silikonu zapuštěné do polymeru, zvaného elastomer, dosahují až 400 senzorů na milimetr čtvereční. Pruhy jsou tkané do mříže, což umožňuje, aby se materiál natahoval s minimálním rizikem zlomení. Síť napínatelných elektrod simuluje nervy. Senzory mohou společně detekovat teplotu, vlhkost, tlak a fyzickou zátěž.
Ne každá část materiálu se však napíná stejně, protože vědci chtěli přizpůsobit své flex s variacemi vlastními tělo. „Některé části ruky se rozprostírají jen o několik procent, zatímco jiné části se rozprostírají o více než 20 procent, “ vysvětlila Kim LiveScience . Současně mají různé oblasti těla více či méně flex; například kůže na koleni je pružnější než na ruce. Malé ohřívače uvnitř polymeru dodávají teplu lidské kůže.
Díky své tkané konstrukci se nová inteligentní kůže může ohýbat bez roztržení. (Zdvořilost Kim, et. Al / Nature Communications) Zatímco projekt je povzbudivý, odborníci říkají, že je to zdaleka nečinné. "Tato demonstrace konceptu je zajímavá, ale je tu ještě hodně tvrdé práce, která musí ukázat robustnost a výkon nezbytný k převedení tohoto zařízení do použitelných protetických rukou, " Dustin Tyler, profesor biomedicínského inženýrství v Case Western Reserve Univerzita, která se specializuje na neuronová rozhraní, řekla MIT Technology Review .
Konkrétně musí tým vymyslet způsob, jak spojit kůži s centrálním nervovým systémem člověka, což mu umožní zažít pocity, které poskytuje. Prototyp interaguje s nervovým systémem potkana prostřednictvím řady platinových nanočástic ošetřených tak, aby se zabránilo zánětu. Až dosud vědci úspěšně prokázali, že kůže může vyvolat smyslovou kůru potkana, ale nedokážou říct, jaké smysly jsou spouštěny. Než se pustí do pokusů na lidech, budou muset přistoupit k testování u větších zvířat.
Kimova práce má koncepční základ pro předchozí úsilí, které obecně vyjadřuje jeden smysl najednou. Například v loňském roce byli Tyler a jeho kolegové ve zdravotnickém centru Cleveland Veterans Affairs Medical Center schopni zprostředkovat pocit dotyku prostřednictvím 20 senzorů v protetické ruce propojením zařízení s nervovými svazky. A začátkem tohoto roku vědci ve Švýcarském federálním technologickém institutu použili podobnou metodu, aby mohli amputované rozlišit tvar předmětů dotykem. Mezitím tým na Northwestern University úspěšně zprostředkoval pocity teploty a vibrací pomocí existujících svalů jako senzorických zesilovačů.
Kim a jeho tým patentovali jejich design, ale v tuto chvíli nemají časovou osu pro uvolnění umělé kůže pro veřejnost.
