211service.com
Konstgjord hud som känner av och sträcker sig, som den verkliga varan
Vissa högteknologiska proteser kan kontrolleras av sina ägare, med hjälp av nerver, muskler eller till och med hjärnan. Det finns dock inget sätt för bäraren att avgöra om ett föremål är skållhett eller på väg att glida ur bihangets grepp.
Denna elektronikladdade handske är gjord av lager av material med töjbara guld- och silikonsensorer.
Material som upptäcker värme, tryck och fukt kan hjälpa till att ändra detta genom att lägga till sensoriska förmågor till proteser. En grupp koreanska och amerikanska forskare har nu utvecklat en polymer designad för att efterlikna den elastiska och högupplösta sensoriska förmågan hos riktig hud.
Polymeren är infunderad med täta nätverk av sensorer gjorda av ultratunt guld och kisel. Det normalt spröda kislet är konfigurerat i serpentinformer som kan förlängas för att möjliggöra töjbarhet. Detaljer om arbetet publiceras idag i tidskriften Naturkommunikation .
Sträckbara avkänningsmaterial har varit under utveckling i flera år (se Stretchable Silicon and Making Stretchable Electronics). Men det här är det känsligaste materialet hittills, med så många som 400 sensorer per kvadratmillimeter.
Om du har dessa sensorer med hög upplösning över fingret kan du ge samma taktila beröring som den normala handen skulle förmedla till hjärnan, säger Roozbeh Ghaffari , som bidragit till forskningen och leder avancerad teknikutveckling på MC10 , en startup i Cambridge, Massachusetts, som utvecklar bärbara produkter baserade på flexibla, sensorbelastade material.
Dessutom justerade forskarna sensorerna för att ha rätt sträckningsintervall beroende på var på en hand de skulle vara placerade. De använde motion-capture-kameror för att studera hur en riktig hand rör sig och sträcker sig, och applicerade sedan olika kiselformer på olika fläckar på proteshuden för att tillgodose den sträckbarheten.
En del av prototypen smart skin med integrerade sensorer visas sträckt med 20 procent.
Slutligen, i ett ytterligare försök att få materialen att verka mer realistiska, lade de till ett lager ställdon som värmer upp det till ungefär samma temperatur som mänsklig hud.
Den nya smarta huden tar bara upp en del av utmaningen med att tillföra känsla till protesanordningar. Det större problemet är att skapa hållbara och robusta kopplingar till det mänskliga nervsystemet, så att bäraren faktiskt kan känna vad som avkänns.
I en grov demonstration av ett sådant gränssnitt kopplade Dae-Hyeong Kim, som ledde projektet vid Seoul National University, den smarta huden till en råts hjärna och kunde mäta reaktioner i djurets sensoriska cortex på sensoriska input. Detta visade dock inte om, eller i vilken utsträckning, råttan kände värme, tryck eller fukt. För att berätta exakt vilken typ av känsla, säger Kim, måste vi gå över till större djur, vilket skulle vara vårt framtida arbete.
Det finns fortfarande ett stort gap mellan vad de nya materialen kan göra och vad befintliga gränssnitt faktiskt kan förmedla till den mänskliga hjärnan, säger Dustin Tyler , professor i biomedicinsk teknik vid Case Western Reserve University och expert på neurala gränssnitt. Den här proof-of-concept-demonstrationen är intressant, men det är mycket hårt arbete som återstår för att visa den robusthet och prestanda som krävs för att översätta den här enheten till användbara proteshänder, säger han.
Först nyligen har ett gränssnitt som kan återställa känslan demonstrerats hos en människa, när Tyler och kollegor utrustade en man i Cleveland-området som tappade sin hand med ett sådant system (se En konstgjord hand med riktig känsla). Mannen kunde styra handen med hjälp av ett muskelgränssnitt, och ett 20-tal sensorer på handprotesen förmedlade sensorisk information tillbaka till honom genom elektroden som var fäst vid en nerv i hans armstump. Detta gjorde det möjligt för honom att veta om han hade plockat upp något mjukt som ett körsbär och att stoppa sig själv från att krossa frukten.