Hur man ger falska händer verklig känsla

Den mänskliga handen har 17 000 beröringssensorer som hjälper oss att plocka upp saker och koppla oss till den fysiska världen. En hand- eller fotprotes har ingen känsla alls.





Zhenan Bao hoppas kunna ändra på det genom att linda in proteser med elektronisk hud som kan känna av tryck, läka vid skärning och bearbeta sensoriska data. Det är ett kritiskt steg mot proteser som en dag skulle kunna kopplas till nervsystemet för att ge en känsla av känsel. Redan innan det är möjligt, skulle mjuk men ändå gripande elektronisk hud låta amputerade och brännskadade göra fler vardagliga uppgifter som att plocka upp ömtåliga föremål – och möjligen hjälpa till att lindra smärta i fantomlemmar.

35 innovatörer under 35

Den här historien var en del av vårt septembernummer 2016

  • Se resten av frågan
  • Prenumerera

För att efterlikna och på något sätt överträffa kapaciteten hos huden på mänskliga händer, tänker Bao om vad ett elektroniskt material kan vara. Elektronisk hud ska inte bara vara känslig för tryck utan också lätt, hållbar, stretchig, böjlig och självläkande, precis som riktig hud. Det bör också vara relativt billigt att tillverka i stora ark för att linda runt proteser. Traditionellt elektroniskt material är inget av dessa saker.



Bao (an MIT Technology Review Innovator Under 35 år 2003) har arbetat med elektronisk hud sedan 2010. Hon har varit tvungen att skapa nya kemiska recept för varje elektronisk komponent, och ersätta styva material som kisel med flexibla organiska molekyler, polymerer och nanomaterial.

Zhenan Bao

Baos grupp använder stretchiga gummimaterial som liknar människohud i sättet de ger och återhämtar sig. Ibland blandar hennes team elektroniskt material i gummit; andra gånger bygger de ovanpå det. För att göra en beröringssensor blandar forskare i kol som är elektriskt ledande. Spänningen över denna ledande gummiskiva ändras när materialet pressas. Baos grupp fann att att täcka dessa beröringssensorer med ett mönster av mikroskaliga pyramider förbättrar deras beröringskänslighet - ungefär som slingrarna i våra fingeravtryck gör. Beroende på design kan dessa sensorer göras minst lika känsliga som huden på våra händer. Hennes grupp skriver också ut transistorer, elektriska ledningar och andra komponenter på gummihöljena för att göra stretchiga kretsar som kan behandla data från beröringssensorer på en handprotes.



Till vänster kan en airbrush laddad med silver-nanopartikelbläck användas för att skriva ut elektriska kontakter och ledningar genom en stencil.

Till höger, genom ett mikroskop, är små pyramider på en beröringssensor synliga. Dessa 50 mikrometer breda funktioner förbättrar känsligheten, precis som kanterna på våra fingeravtryck.

Till vänster kan en airbrush laddad med silver-nanopartikelbläck användas för att skriva ut elektriska kontakter och ledningar genom en stencil.

Till höger, genom ett mikroskop, är små pyramider på en beröringssensor synliga. Dessa 50 mikrometer breda funktioner förbättrar känsligheten, precis som kanterna på våra fingeravtryck.

Varje fingertopp på denna trädisplayhand är försedd med en stretchig beröringssensor ansluten till elektriska kablar som för data till ett flexibelt elektroniskt kontrollcenter på handflatan.



Nu jobbar Bao på konstigare material. En polymer hon utvecklade är mycket stretchigare än mänsklig hud: den kan dras till 100 gånger sin normala längd utan att gå sönder. Detta material läker även när det skärs, utan någon värme eller annan trigger. Och den kan fungera som en svag konstgjord muskel som expanderar och drar ihop sig när ett elektriskt fält appliceras.

Med de grundläggande materialen och designerna på plats, arbetar hon med halvledare och andra elektroniska material som har samma läkande och stretchande förmåga. Men att återuppfinna det elektroniska materialet kommer inte att räcka: data från dessa konstgjorda skinn måste levereras till nervsystemet i ett format som kroppen kan förstå. Baos grupp arbetar nu med kretsdesigner som kommer att skicka signaler till nervsystemet, så att elektroniska skinn en dag inte bara kommer att hjälpa amputerade att återfå fingerfärdighet utan också låta dem känna beröringen av sina nära och kära.

Dölj