Для протезов конечностей создадут чувствительную "кожу"

Протезы конечностей однажды будут иметь "кожу" с работающими нервными окончаниями и позволят пациентам чувствовать свои искусственные конечности точно так же, как и настоящие. Одна из многих проблем приспособления к жизни с протезом заключается в том, что новая конечность не чувствует ничего. Пациенты не могут чувствовать, где находится их протез, или к чему он прикасается, поэтому им приходится опираться на визуальное восприятие. Добавление чувства осязания может сделать управление протезами легче и более естественным — но это проблема для инженеров.

Нервные окончания в коже человека представляют собой очень сложные схемы, которые превращают физическое давление на кожу в цифровой сигнал в мозге. Эти сигналы в мозге создают наше чувство осязания. Сложно создать электронную версию такой сложной системы, но инженер-электрик Стэнфордского университета Бенджамин С. К. Ти и его коллеги считают, что сделали шаг в правильном направлении. Они разработали рецепторную систему под названием Digital Tactile System или DiTact, которая однажды может дать протезам искусственную кожу с ощущением осязания.

Цифровая тактильная система

Датчики DiTact чувствительны к тому же диапазону давления, что и кожа человека. "Он чувствителен к очень легким прикосновениям, таким как вес зерна соли", — говорит инженер-химик Стэнфордского университета Женан Бао, соавтор исследования DiTact. Используя углеродные нанотрубки, его команда ранее разработала очень чувствительный датчик давления, который также был достаточно гибким для использования в искусственной коже. Теперь им просто нужны были датчики, чтобы превратить давление в цифровой сигнал для нейронов в мозге.

Вот как это работает: Когда датчик DiTact обнаруживает давление, он увеличивает напряжение, поступающее в цепь генератора — схему, которая преобразует постоянный ток от источника питания (например, батареи датчика) в переменный ток. При большем напряжении генератор генерирует более высокую частоту колебаний — электрический импульс, который может стимулировать нейроны к срабатыванию, заставляя мозг воспринимать давление на датчики так же, как он воспринимает ту же информацию от реальных, живых нервов.

Бао сказал, что с несколькими сенсорами DiTact должен чувствовать текстуры и формы, но пока система может воспринимать только статические касания, а не движущиеся. Например, DiTact может определять, когда что-то опирается на датчик, но не когда что-то проходит мимо него.

Многообещающие результаты

Результаты испытаний, пока выглядят многообещающими. Когда ученые подключили DiTact к ткани мозга мышей, все работало так, как они надеялись: приложение давления на датчики создавало электрический импульс, который освещал крошечный светодиод, встроенный в ткани мозга. Светодиод, в свою очередь, стимулировал нейроны, которые были сконструированы, чтобы реагировать на свет.

Это метод называется оптогенетика, и это распространенный инструмент в неврологических исследованиях на животных, но он обычно не используется на людях. Вместо этого, если DiTact попадет на клинические испытания на людях, он, вероятно, будет полагаться на электроды, которые уже используются для протезирования с нейтральным контролем.

Фото: printedelectronicsworld.co