Электронная кожа, возможно, наделит чувствительностью протезы и роботов
Ученые Мельбурнского королевского технологического университета (RMIT) обнародовали итоги своего исследования по созданию искусственной электронной кожи. Она способна реагировать на холод, давление и боль, как и живая кожа. Разработка, по мнению ученых, открывает совершенно новые перспективы в таких сферах, как протезирование, альтернативная трансплантация и робототехника.
Итоги работы представлены в Advanced Science News. Как пишут ученые, на данной стадии пока разработан только прототип «электронной кожи». Она обладает способностью к обратной связи, посылает в мозг нервные сигналы, и реагирует на ощущения.
Как прокомментировал профессор и ведущий исследователь RMIT Мадху Бхаскаран (Madhu Bhaskaran), разработка нового электронного устройства способна придать технологиям биомедицины и интеллектуальной робототехники импульс развития в абсолютно новом направлении.
«Кожа является самым большим и при этом самым чувствительным органом тела человека. Она наделена сложным функционалом. Например, если у человека что-то заболело, она начинает отправлять в мозг быстрые предупреждающие сигналы, - говорит он. - Мы постоянно что-то ощущаем, чувствуем кожей. Болевая реакция начинается только в определенный момент - например, когда человек коснется чего-то слишком горячего или слишком острого. Но вплоть до настоящего времени ни одно устройство, созданное в рамках современной электронной технологии, не обладало способностью имитировать человеческое чувство боли. Созданная нами разработка – электронная кожа – способна выдать организму мгновенную обратную связь, как только внешние раздражители (давление, тепло или холод) достигнут болезненного для человека порога. Это важный шаг вперед, в будущее развитие биомедицинских технологий, сложных систем обратной связи, которые необходимы для создания действительно «умных» протезов и интеллектуальной робототехники».
Три функциональных прототипа, разработанных учеными RMIT, представляют собой сверхтонкие электронные сенсоры, один их которых чувствителен к боли, второй - воспринимает изменения температуры, третий - давления. При их создании применялась технология эластичной и гибкой (растягивающейся) электроники. Для получения прозрачной, небьющейся и носимой электроники толщиной с наклейку использованы самоизменяющиеся покрытия, толщина которых в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса. Они изготовлены путем объединения оксидных материалов с биосовместимым кремнием на основе материала, который трансформируется в ответ на тепло. Прототип датчика давления объединил растягивающуюся электронику и ячейки долговременной памяти, тепловой датчик – технологию термореактивных покрытий и память, а датчик боли объединил все три технологии.
В каждом из прототипов за запуск реакции в тот момент, когда давление, жар или боль достигали установленного порога, ответственны клетки памяти.
«Мы создали, по сути, электронные соматосенсоры – реплицирующие ключевые особенности сложной системы нейронов, нервных путей и рецепторов организма, которые управляют нашим восприятием сенсорных стимулов, - считает доктор медицины Атаур Рахман (Ataur Rahman). - В то время, как существующие технологии используют электрические сигналы для имитации различных уровней боли, созданные нами устройства могут реагировать на реальное механическое давление, температуру и боль, и выдавать правильный электронный ответ. Это означает, что наша искусственная кожа знает разницу, например, между легким прикосновением пальца к булавке или случайным уколом – это критическое различие, которое никогда раньше не достигалось электронным способом».
В дальнейшем растягивающаяся искусственная кожа также может использоваться при изготовлении неинвазивных кожных трансплантатов, где традиционный подход нежизнеспособен или не работает, и интеграции этой технологии в биомедицинские приложения, надеется Мадху Бхаскаран.
Говорить о том, что изобретен полный аналог живой кожи, пока еще преждевременно, считают отечественные эксперты. Например, представленные прототипы имеют порог срабатывания, и могут подать всего два вида сигналов, соответственно: «больно» и «не больно». Вполне вероятно, что на данном этапе искусственную электронную кожу можно использовать в робототехнике – она наделит роботов способностью реагировать на опасные условия внешней среды и стараться их избежать.
По отзывам ряда других специалистов, уже в недалеком будущем электронная кожа сможет использоваться в качестве трансплантата для пациентов, получивших серьезные ожоги, или для производства высокотехнологичных протезов нового поколения. С такой кожей люди смогут не только стремительнее выздоравливать, но и вести полноценную жизнь – человек сможет ощущать «боль» в форме определенных сигналов, если вдруг будут повреждены электронные кожные покровы их протезов.
