Vědci vyvinuli elektronickou umělou kůži, která reaguje na bolest stejně jako kůže lidská, a otevírá tak cestu k lepší protetice, chytřejší robotice a neinvazivním alternativám kožních štěpů.
Prototyp zařízení vyvinutého týmem na univerzitě RMIT v australském Melbourne dokáže elektronicky replikovat způsob, jakým lidská pokožka cítí bolest. Zařízení podle informací server Science Daily napodobuje téměř okamžitou zpětnou vazbu těla a dokáže reagovat na bolestivé pocity se stejnou rychlostí, jakou nervové signály putují do mozku.
Vedoucí výzkumný pracovník profesor Madhu Bhaskaran uvedl, že prototyp snímající bolest znamená významný pokrok směrem k biomedicínským technologiím nové generace a inteligentní robotice.
„Kůže je největším smyslovým orgánem našeho těla a má komplexní funkce určené k vysílání výstražných signálů, když vás něco bolí. Naše kůže stále vnímá, ale naše bolestná reakce naběhne až v určitém bodě, když se například dotkneme něčeho příliš horkého nebo příliš ostrého,“ komentuje Bhaskaran.
Je to zásadní krok vpřed v budoucím vývoji sofistikovaných systémů zpětné vazby, které potřebujeme k zajištění skutečně inteligentní protetiky a inteligentní robotiky.
„Naše umělá kůže reaguje okamžitě, když tlak, teplo nebo chlad dosáhnou bolestivé hranice. Žádná elektronická technologie nedokázala realisticky napodobit tento lidský pocit bolesti – až dosud,“ pokračuje profesor Bhaskaran.
Prototypy funkčního snímání (cítění)
Kromě prototypu pro snímání bolesti vyvinul výzkumný tým také zařízení využívající roztažitelnou elektroniku, která dokáže snímat a reagovat na změny teploty a tlaku.
Bhaskaran, spoluzakladatel skupiny Functional Materials and Microsystems na univerzitě RMIT, uvedl, že tři funkční prototypy byly navrženy tak, aby poskytovaly klíčové schopnosti snímání pokožky v elektronické podobě. S dalším vývojem by se mohla roztažitelná umělá kůže stát také budoucí eventualitou pro neinvazivní kožní štěpy, kde tradiční přístup nestačí nebo nefunguje.
„Bude potřeba další vývoj, abychom integrovali tuto technologii do biomedicínských aplikací, ale základy jako biokompatibilita a roztažitelnost již existují,“ řekl Bhaskaran.
Elektronická kůže
Patent, který si výzkumníci podali, propojuje tři technologie. Jednak roztažitelnou elektroniku, která kombinuje oxidové materiály s biokompatibilním křemíkem a poskytuje tak transparentní, nerozbitnou a nositelnou elektroniku tenkou jako samolepka.
Dalšími složkami pak jsou tepelně reaktivní povlaky a paměť napodobující mozek. První zmiňovaná technologie jsou vlastně samočinně se měnící povlaky 1000krát tenčí než lidské vlasy z materiálu, který se transformuje v reakci na teplo. A mozek imitují elektronické paměťové buňky, které napodobují způsob, jakým mozek využívá dlouhodobou paměť k vyvolání a uchování předchozích informací
Výzkumný pracovník doktor Ataur Rahman uvedl, že paměťové buňky v každém prototypu byly zodpovědné za spuštění reakce v momentě, kdy tlak, teplo nebo bolest dosáhly stanovené prahové hodnoty.
„V podstatě jsme vytvořili první elektronické somatosenzory replikující klíčové rysy komplexního systému těla neuronů, nervových drah a receptorů, které řídí naše vnímání smyslových podnětů. Zatímco některé stávající technologie používají elektrické signály k napodobování různých úrovní bolesti, tato nová zařízení mohou reagovat na skutečný mechanický tlak, teplotu či bolest a poskytovat správnou elektronickou odezvu. Znamená to, že naše umělá kůže zná rozdíl mezi jemným dotykem špendlíku, dloubnutím prstem nebo náhodným bodnutím – což je kritický rozdíl, kterého nebylo dosud elektronicky dosaženo,“ zakončuje doktor Rahman.
