Kā radīt īstu sajūtu viltus rokām

Cilvēka rokai ir 17 000 pieskārienu sensoru, kas palīdz mums uztvert lietas un savienot mūs ar fizisko pasauli. Protēzētai rokai vai pēdai nav nekādas sajūtas.

Zhenan Bao cer to mainīt, iesaiņojot protezēšanu ar elektronisku ādu, kas var sajust spiedienu, dziedēt griešanas laikā un apstrādāt sensoros datus. Tas ir būtisks solis ceļā uz protezēšanu, ko kādu dienu varētu savienot ar nervu sistēmu, lai nodrošinātu taustes sajūtu. Pat pirms tas ir iespējams, mīksta, taču satverama elektroniskā āda ļautu amputētajiem un apdegumu upuriem veikt vairāk ikdienas uzdevumu, piemēram, pacelt smalkus priekšmetus, un, iespējams, palīdzētu mazināt fantoma ekstremitāšu sāpes.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2016. gada septembra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Lai atdarinātu un kaut kādā veidā pārspētu cilvēka roku ādas iespējas, Bao pārdomā, kāds var būt elektronisks materiāls. Elektroniskajai ādai jābūt ne tikai jutīgai pret spiedienu, bet arī vieglai, izturīgai, elastīgai, lokanai un pašatjaunojošai, tāpat kā īstai ādai. Ir arī jābūt salīdzinoši lētam, lai to ražotu lielās loksnēs aptīšanai ap protezēšanu. Tradicionālie elektroniskie materiāli nav neviena no šīm lietām.

Bao (an MIT tehnoloģiju apskats Inovators, kas jaunāks par 35 gadiem 2003. gadā) ir strādājis pie elektroniskās ādas kopš 2010. gada. Viņai bija jāizveido jaunas ķīmiskās receptes katram elektroniskajam komponentam, aizstājot stingrus materiālus, piemēram, silīciju, ar elastīgām organiskām molekulām, polimēriem un nanomateriāliem.

Ženans Bao

Bao grupa izmanto elastīgus gumijas materiālus, kas savā veidā ir līdzīgi cilvēka ādai. Dažreiz viņas komanda sajauc elektroniskos materiālus gumijā; citreiz viņi būvē virsū. Lai izveidotu pieskāriena sensoru, pētnieki sajauc oglekli, kas ir elektriski vadošs. Spriegums uz šīs vadošās gumijas loksnes mainās, kad materiāls tiek nospiests. Bao grupa atklāja, ka šo pieskārienu sensoru pārklāšana ar mikromēroga piramīdu rakstu uzlabo to skārienjutību — līdzīgi kā mūsu pirkstu nospiedumu virpuļi. Atkarībā no konstrukcijas šos sensorus var padarīt vismaz tikpat jutīgus kā mūsu roku ādu. Viņas grupa arī drukā tranzistorus, elektriskos vadus un citus komponentus uz gumijas apvalkiem, lai izveidotu elastīgas shēmas, kas varētu apstrādāt datus no pieskāriena sensoriem uz protēzes rokas.

Kreisajā pusē ar sudraba nanodaļiņu tinti pildītu aerogrāfiju var izmantot, lai caur trafaretu izdrukātu elektriskos kontaktus un vadus.

Labajā pusē, izmantojot mikroskopu, ir redzamas sīkas piramīdas uz skārienjutīga sensora. Šīs 50 mikrometrus platās funkcijas uzlabo jutību, tāpat kā mūsu pirkstu nospiedumu izciļņi.

Kreisajā pusē ar sudraba nanodaļiņu tinti pildītu aerogrāfiju var izmantot, lai caur trafaretu izdrukātu elektriskos kontaktus un vadus.

Labajā pusē, izmantojot mikroskopu, ir redzamas sīkas piramīdas uz skārienjutīga sensora. Šīs 50 mikrometrus platās funkcijas uzlabo jutību, tāpat kā mūsu pirkstu nospiedumu izciļņi.

Katrs šīs koka displeja rokas pirksta gals ir aprīkots ar elastīgu skārienjutīgu sensoru, kas savienots ar elektriskajiem vadiem, kas pārnes datus uz elastīgu elektronisko vadības centru plaukstā.

Tagad Bao strādā pie dīvainākiem materiāliem. Viens viņas izstrādātais polimērs ir daudz staipīgāks par cilvēka ādu: to var izvilkt līdz 100 reižu lielākam par parasto garumu, nesalaužot. Šis materiāls dziedē arī pēc griešanas, bez karstuma vai cita izraisītāja. Un tas var darboties kā vājš mākslīgais muskulis, kas izplešas un saraujas, kad tiek pielietots elektriskais lauks.

Ar pamatmateriāliem un dizainparaugiem viņa strādā pie pusvadītājiem un citiem elektroniskiem materiāliem, kuriem ir tāda pati dziedināšanas un stiepšanas spēja. Taču ar elektronisko materiālu no jauna izgudrošanu nepietiks: dati no šīm mākslīgajām ādām ir jānogādā nervu sistēmai ķermenim saprotamā formātā. Tagad Bao grupa strādā pie shēmu projektēšanas, kas sūtīs signālus nervu sistēmai, lai elektroniskās ādas kādu dienu ne tikai palīdzētu amputētajiem atgūt veiklību, bet arī ļautu viņiem sajust savu tuvinieku pieskārienu.

paslēpties