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», — сказал 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.
«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», — сообщил 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
