Hi-Tech

Ученые разработали электронную кожу, позволяющую через протез чувствовать боль

Разработку предлагают использовать с искусственными протезами, благодаря чему можно будет вернуть возможность через искусственную конечность ощущать боль. Исследователи из Университета Джонса Хопкинса (США) разработали «электронную кожу», имитирующую способности настоящего кожного покрова, сообщает издание IEEE Spectrum. Главе исследования по разработке электронной кожи Нитишу Тхакору, профессору биоинженерии Университета Джонса Хопкинса постоянно задают этот вопрос. Почему именно боль?

Болевые рецепторы, находящиеся в коже, помогают нам защищаться от получения повреждений. Все дело в практическом смысле. В том же самом смысле люди с ампутированной конечностью смогут полагаться на восприятие боли, которая будет передаваться через искусственную кожу и протез, что позволит защититься от повреждения последнего, говорит Тхакор. Например, от острого ножа или горячей сковородки. Также ученый предлагает более комплексное и в какой-то степени даже поэтическое объяснение:

Я думаю, что это сделает искусственные протезы более ‘живыми’». «Мы можем вернуть человеку утраченное чувство восприятия: от легкого прикосновения, до сильного давления и болевых ощущений.

electronic dermis, e-dermis — электронная кожа). В статье, опубликованной журналом Science Robotics, Тхакор, его аспирант Люк Осборн, а также их коллеги описывают разработку и первоначальные испытания своей системы «эдермис» (от англ. В одном из последних тестов команда ученых постаралась добавить искусственному протезу возможность осязать боль и передавать ее носителю.

Кожа содержит сразу несколько слоев из рецепторов. На создание искусственной кожи исследователей вдохновила особенность работы биологических рецепторов прикосновения, находящихся в нашем кожном покрове. Правда производятся они из пьезорезистивных и проводящих тканей, а не различных живых клеток, как в случае с настоящей кожей. Созданная «эдермис» тоже состоит из множества слоев. Как и в настоящей слои искусственной кожи могут реагировать на различные уровни давления: при сильной стимуляции «эдермис» быстрее и сильнее передает ощущения, а при менее интенсивной – более медленно и слабее.

Затем посредством небольших электрических стимуляций эти нейроноподобные импульсы передаются периферическим нервам в коже ампутированной конечности, вызывая чувство давления и боли. Получаемая информация от «электронной кожи» переводится в импульсы, похожие не те, что используются настоящими нейронами для взаимодействия между собой.

Среди них оказался 29-летний мужчина с ампутированной выше локтевого сустава левой рукой. Для проверки системы ученые пригласили группу добровольцев. Благодаря использованию слабых электрических стимуляций аспирант смог определить, как периферические нервы связаны с фантомными болями, которые испытывал приглашенный доброволец. В течение двух месяцев Люк Осборн составлял карту периферических нервов ампутированной конечности. По словам Тхакора, боль была не сильной, доброволец оценивал ее на 3 балла по 10-бальной шкале. В рамках исследования Осборн обнаружил, что передача определенного объема тока на определенной частоте не только возвращало человеку чувство осязания утраченной конечности, но и вызывало фантомные болевые ощущения.

Схема системы «эдермис»

Последующие тесты показали, что человек способен не только осязать объект, с которым он проводит манипуляции с помощью искусственного протеза, вызывающего у него чувство фантомной конечности, но также различать является ли объект, например, круглым или острым. После проведения необходимой калибровки ученые собрали систему целиком: «эдермис» поместили на пальцы искусственного протеза, модель нейроноподобных импульсов загрузили в контроллер протеза, а электрический стимулятор присоединили к культе ампутированной руки. В дополнении к этому протез был запрограммирован на болевые «ощущения», чтобы автоматически отпускать острый объект при определении этого чувства.

Большие надежды показывают технологии имплантации специальных мозговых электродов, мышечной реиннервации (восстановления снабжение тканей нервами, что обеспечивает их связь с центральной нервной системой), а также развитие технологий нейрокомпьютерных интерфейсов. В данном исследовании ученым удалось эффективно передать сенсорную информацию к нервной системе человека с помощью электрической стимуляции кожи ампутированной руки, однако передача нейронных импульсов может осуществляться и с помощью других технологий.

Но наш подход доступен уже здесь и сейчас», — прокомментировал Тхакор. «Однажды все это мы сможем имплантировать и интегрировать непосредственно в нашу центральную нервную систему, а не просто в кожу.

В дальнейшем он и его лаборатория планируют заняться исследованиями других материалов, которые могли бы стать основой для «электронной кожи» и позволить передавать более широкий спектр различных тактильных ощущений.

В подробности Тхакор вдаваться не стал, но вполне очевидно, что тактильные способности позволят роботам более эффективно адаптироваться к работе с различными объектами и справляться с более широким спектром задач. Разработанная учеными технология также может найти свой потенциал в робототехнике и сфере технологий дополненной реальности. Внедрение же технологии в производственные процессы позволит существенно снизить ее стоимость и расширит сферы ее применения.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть