Команда создала электронную кожу, которая может чувствовать прикосновение

Новости сегодня - Команда создала электронную кожу, которая может чувствовать прикосновение

Стэнфордские ученые разработали мягкую и эластичную электронную кожу, которая может напрямую общаться с мозгом, имитируя сенсорную обратную связь настоящей кожи, используя стратегию, которая, если ее усовершенствовать, может дать надежду миллионам людей с протезами конечностей.

«Мы были вдохновлены природной системой и хотели имитировать ее», — сказал Вайхен Ван, чья команда опубликовала свой успех в журнале Science . «Возможно, мы когда-нибудь сможем помочь пациентам не только восстановить двигательную функцию, но и восстановить их ощущения».

Прежде чем так называемая « электронная кожа » станет перспективной для людей, потребуются гораздо более быстрые, большие и сложные схемы.

Но важной вехой стало то, что устройство продемонстрировало замечательный успех на лабораторной крысе. Когда исследователи нажимали на электронную кожу крысы и посылали электронные импульсы в ее мозг, животное реагировало на это подергиванием лапы.

Ученые давно мечтают о создании протезов конечностей , которые не только восстанавливали бы движение, но и обеспечивали восприятие — например, ощущение давления, температуры и вибрации — чтобы помочь восстановить более нормальное качество жизни. Повреждение кожи и ампутация вызывают серьезные нарушения в петле восприятия и движения, поэтому даже такие простые задачи, как ощупывание или захват объекта, вызывают затруднения.

«Если вы берете в руки стакан пива и не чувствуете, что оно не холодное, то у вас не будет правильного вкуса», — сказал Равиндер Дахия, профессор электротехники и вычислительной техники Северо-восточного университета в Бостоне, который также изучение использования гибкой электроники для разработки искусственной кожи.

Электронная кожа также может быть использована для облачения роботов, чтобы они чувствовали те же ощущения, что и люди. Это имеет решающее значение для безопасности отраслей, где роботы и люди взаимодействуют физически, например, передают инструменты на производственном участке.

Но ощущение прикосновения сложное. Кожа человека имеет миллионы рецепторов, которые чувствуют, когда на нее надавливают, сдавливают или ошпаривают. Они реагируют, посылая электрические импульсы в мозг через нервы. Мозг отвечает, отправляя информацию обратно, приказывая мышцам двигаться.

А биологическая кожа мягкая и может многократно растягиваться в течение многих десятилетий.

Команда из Стэнфорда, возглавляемая профессором химического машиностроения Женаном Бао, уже несколько лет работает над дизайном электронной кожи. Но в более ранних попытках использовалась жесткая электроника и 30 вольт питания, что требует 10 батарей и небезопасно. И он не мог выдержать непрерывного растяжения без потери своих электрических свойств.

«Препятствие заключалось не столько в том, чтобы найти механизмы, имитирующие замечательные сенсорные способности человеческого прикосновения, сколько в том, чтобы объединить их, используя только материалы, похожие на кожу», — сказал Бао в своем заявлении.

Новая электронная кожа является инновационной, поскольку в ней используются объединенные в сеть слои эластичных органических транзисторов, которые воспринимают и передают электрические сигналы . Слои, сложенные между собой, имеют толщину всего от 25 до 50 микрон — тонкие, как лист бумаги, похожий на кожу.

Его сети действуют как датчики, спроектированные для измерения давления, температуры, напряжения и химических веществ. Они превращают эту сенсорную информацию в электрический импульс.

А электронный скин работает всего от 5 вольт электричества.

Чтобы протестировать систему, команда из Стэнфорда имплантировала ее живой крысе. При прикосновении к электронной коже крысы импульс передавался по проводу в мозг крысы, в частности, в область, называемую соматосенсорной корой, которая отвечает за обработку физических ощущений.

Мозг крысы отреагировал, послав электрический сигнал на ногу. Это было сделано с помощью устройства, которое усиливает и передает сигналы от мозга к мышцам, имитируя связи в нервной системе , называемые синапсами.

Нога крысы дернулась. Примечательно, что его движение соответствовало разным уровням давления, сказал Ван, доктор технических наук. и первый автор новой статьи. Например, команда могла увеличить подвижность ноги, сильнее нажимая на электронную кожу, что повышало частоту сигнала и мощность транзистора.

В случае испытаний на людях устройство не потребует имплантации провода для отправки сенсорной информации в мозг. Скорее, команда предполагает использование беспроводной связи между электронной кожей и электрическим стимулятором, расположенным рядом с нервом.

Джо Мактернан из Американской ассоциации ортезов и протезов сказал, что такие исследования поощряют технологические достижения, которые когда-нибудь смогут обеспечить биологическую обратную связь в реальном времени для людей, потерявших конечности.

«Хотя эта кожная технология является довольно новой, в последние годы были проведены значительные исследования и разработки, направленные на создание положительных тактильных ощущений для пациента», — сказал он.

Замкнутая система стэнфордской команды — от ощущения до движения мышц — «очень увлекательна… в значительной степени является доказательством концепции», — сказал журналу Nature эксперт по биоэлектронике Алехандро Карнисер-Ломбарте из Кембриджского университета.

По его словам, в области искусственного протезирования большинство исследователей склонны работать с отдельными компонентами. «Объединение этих вещей в последовательности не является тривиальным».

Дахия приветствовал успех команды в создании гибкой электроники и обеспечении ее работоспособности. «Вот где они проделали хорошую работу», сказал он.

Но он сказал, что все еще недостает части головоломки: создание памяти. В отличие от электронной кожи Стэнфорда, человеческая кожа запоминает, как ощущается объект, а затем может предвидеть его.

Есть еще одна проблема: передача сигналов в настоящее время слишком медленная, чтобы быть полезной. По его словам, поток информации через гибкие углеродные транзисторы, разработанные командой, медленнее по сравнению с более традиционными кремниевыми транзисторами.

Такая задержка «не позволит нам почувствовать настоящее чувство», — сказал Дахия. «А без настоящего чувства у вас практическое узкое место».

По словам Вана, следующим шагом в Стэнфорде будет размещение большего количества различных датчиков в электронной коже, чтобы более точно воспроизвести многие ощущения, которые испытывает человеческая рука.

«Мы расширяемся», — сказал он. «Он будет более продвинутым.

«Вся область находится в стадии разработки», сказал он. «Потребуется еще много поколений разработок, чтобы реализовать нашу цель».

Команда создала электронную кожу, которая может чувствовать прикосновение

Понравилась новость - поделитесь с Друзьями!

Новости партнеров:

Рубрика: IT, Наука, Новости

Вам могло бы понравиться:

Что известно о новой соцсети LO? Что известно о новой соцсети LO?
Исследователь сообщает, что будущее трансплантации органов уже близко Исследователь сообщает, что будущее трансплантации органов уже близко
Исследование подчеркивает влияние альдегидов на повреждение ДНК и старение Исследование подчеркивает влияние альдегидов на повреждение ДНК и старение
Соединение выращенных в лаборатории клеток мозга дает представление о том, как работает наш мозг Соединение выращенных в лаборатории клеток мозга дает представление о том, как работает наш мозг

Оставить комментарий

Вы должны Войти, чтобы оставить комментарий.

©2015 - 2024 Актуальные Новости Сегодня. Все права защищены.
При копировании материалов активная гиперссылка на этот сайт ОБЯЗАТЕЛЬНА!