Исследователи разработали электронную искусственную кожу, которая реагирует на боль так же, как и настоящая. Это открытие, опубликованное в журнале Advanced Intelligent Systems открывает путь к лучшему протезированию, более умной робототехнике и неинвазивным альтернативам кожным трансплантатам.
Прототип устройства, разработанный командой из Университета RMIT в Мельбурне, Австралия, может в электронном виде воспроизвести то, как человеческая кожа ощущает боль. Устройство имитирует почти мгновенную обратную связь организма и может реагировать на болезненные ощущения с той же скоростью света, с которой нервные сигналы поступают в мозг.
Ведущий исследователь профессор Мадху Бхаскаран сказал, что прототип датчика боли стал значительным шагом вперед в направлении биомедицинских технологий и интеллектуальной робототехники следующего поколения.
Кожа — самый большой сенсорный орган нашего тела со сложными функциями, предназначенными для отправки сигналов быстрого оповещения, когда что-то болит. Мы все время ощущаем вещи через кожу, но наша реакция на боль проявляется только в определенный момент, например, когда мы касаемся чего-то слишком горячего или слишком острого. Никакие электронные технологии не могли реалистично имитировать это очень человеческое чувство боли — до сих пор. Наша искусственная кожа мгновенно реагирует, когда давление, жара или холод достигают болезненного порога. Это важный шаг вперед в будущем развитии сложных систем обратной связи, необходимых нам для создания действительно интеллектуальных протезов и интеллектуальной робототехники.
Ведущий исследователь, профессор Мадху Бхаскаран
Функциональные прототипы датчиков
Помимо прототипа датчика боли, исследовательская группа также разработала устройства с растягивающейся 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 растяжимая искусственная кожа также может стать будущим вариантом для неинвазивных кожных трансплантатов, где традиционный подход нежизнеспособен или не работает.
Предоставлено: Университет RMIT
«Нам необходимо дальнейшее развитие, чтобы интегрировать эту технологию в биомедицинские приложения, но основы — биосовместимость, растяжимость, напоминающая кожу, — уже есть», — заявил ученый.
Как сделать электронную кожу?
Новое исследование, 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 растягиваемую 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. 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.
Доктор философии Атаур Рахман
Исследование проводилось при поддержке Австралийского исследовательского совета в ультрасовременном исследовательском центре микронано-нанотехнологий RMIT для создания микро / нанотехнологий и создания прототипов устройств.
Читать также
Ореол Андромеды приближается к нашей галактике. Рассказываем, почему это важно
Симптомы коронавируса у детей. На что стоит обратить внимание?
Выяснилось, что заставило цивилизацию майя покинуть свои города