Ученые разработали электронную искусственную кожу, которая реагирует на боль так же, как и настоящая кожа, эта инновация, открывает путь к совершенствованию протезирования, более интеллектуальной робототехнике и неинвазивным альтернативам кожных трансплантатов.
Прототип устройства, разработанный командой Университета RMIT в Мельбурне (Австралия), может электронным способом воспроизвести то, как человеческая кожа чувствует боль. Устройство имитирует почти мгновенную обратную реакцию организма и может реагировать на болезненные ощущения с той же скоростью, с которой нервные сигналы поступают в мозг.
Ведущий научный сотрудник профессор Мадху Бхаскаран сказал, что прототип прибора для измерения боли — это значительный шаг вперед по направлению к биомедицинским технологиям нового поколения и интеллектуальной робототехнике.
«Кожа — это самый большой сенсорный орган в нашем организме, со сложными функциями, предназначенными для передачи быстрых предупреждающих сигналов, когда что-нибудь болит», — сказал Бхаскаран. «Мы постоянно чувствуем что либо через кожу, но наша болевая реакция начинает проявляться в определенный момент, например, когда мы прикасаемся к чему-то слишком горячему или слишком острому».
До сих пор никакие электронные технологии не могли реалистично имитировать то самое человеческое ощущение боли.
«Наша искусственная кожа реагирует мгновенно, когда давление, жар или холод достигают болезненного порога. Это критический шаг вперед в будущем развитии сложных систем обратной связи, которые нам необходимы для создания по-настоящему умного протезирования и интеллектуальной робототехники».
Функциональные прототипы датчиков
Помимо прототипа датчика боли, исследовательская группа также разработала устройства с эластичной электроникой, которые могут определять и реагировать на изменения температуры и давления.
Бхаскаран, соруководитель группы функциональных материалов и микросистем в RMIT, сказал, что три функциональных прототипа были разработаны для передачи ключевых функций чувствительности кожи в электронной форме.
При дальнейшем развитии эластичная искусственная кожа также может стать будущим вариантом для неинвазивных кожных трансплантатов, и будут применятся там где традиционный подход не работает.
«Нам необходимо дальнейшее развитие, чтобы интегрировать эту технологию в биомедицинские приложения, но основы — биосовместимость, растяжимость, внешняя схожесть с кожей — уже есть», — сказал Бхаскаран.
Из чего состоит электронная кожа
Новое исследование, опубликованное в «Advanced Intelligent Systems» и поданное в качестве предварительного патента, сочетает в себе три технологии, ранее разработанные и запатентованные командой:
Эластичная электроника: сочетание оксидных материалов с биосовместимым силиконом для создания прозрачной, небьющейся и пригодной для носки электроники толщиной с наклейку.
Температурно-реактивные покрытия: самомодифицирующиеся покрытия в 1000 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 сохранения предыдущей информации.
Прототип датчика давления сочетает в себе эластичную электронику и ячейки долговременной памяти, тепловой датчик объединяет термореактивные покрытия и память, а датчик боли объединяет все три технологии.
Доктор философии Атаур Рахман сказал, что клетки памяти в каждом прототипе отвечают за запуск реакции, когда давление, тепло или боль достигают установленного порога.
«По сути, мы создали первые электронные соматосенсоры, воспроизводящие ключевые особенности сложной системы нейронов, нервных путей и рецепторов организма, которые управляют нашим восприятием сенсорных стимулов», — сказал он. «В то время как некоторые существующие технологии использовали электрические сигналы для имитации различных уровней боли, эти новые устройства могут реагировать на реальное механическое давление, температуру и боль и обеспечивать правильный электронный отклик. Это означает, что наша искусственная кожа знает разницу между легким прикосновением пальца к булавке или случайным уколом ею — важное различие, которое никогда раньше не достигалось с помощью электроники».
Исследование проводилось при поддержке Австралийского исследовательского совета в ультрасовременном исследовательском центре RMIT для создания микро / нанотехнологий и создания прототипов устройств.
фото: Ella Maru Studio
