Cercetătorii au creat pielea electronică artificială, capabilă să comunice cu creierul

Cercetătorii au creat pielea electronică artificială (e-skin), care poate să convertească informațiile senzoriale în semnale electrice, pe care creierul le poate apoi interpreta. Acest material asemănător pielii încorporează circuite integrate moi și se mândrește cu o varietate de abilități senzoriale, inclusiv detectarea temperaturii și a presiunii. 

Mecanoreceptorii din pielea umană pot simți greutatea delicată a unui fluture, temperatura unei flăcări din apropiere sau a unei băuturi reci, pot înțelege dacă o mână este ridicată sub forma unui pumn sau dacă face un semn de pace și pot simți pulsul unei persoane dragi cu o atingere delicată.

Inginerii care au creat pielea electronică artificială speră ca într-o zi, aceste semnale să poată fi direcționate către cipuri de comunicare fără fir, implantate în nervul periferic, pentru a permite persoanelor amputate să controleze membrele protetice, conform Neuroscience News.

Materialele asemănătoare, o provocare în crearea pielii electronice artificiale

„Lucrăm de ceva timp la o piele electronică monolitică. Obstacolul nu a fost atât de mult găsirea unor mecanisme care să imite abilitățile senzoriale remarcabile ale atingerii umane, cât aducerea lor împreună folosind doar materiale asemănătoare pielii”, a declarat Zhenan Bao, profesor K.K. Lee de inginerie chimică și autor principal al studiului apărut în revista Science.

„O mare parte din această provocare a constat în progresul materialelor electronice asemănătoare pielii, astfel încât acestea să poată fi încorporate în circuite integrate cu o complexitate suficientă pentru a genera trenuri de impulsuri asemănătoare nervilor și cu o tensiune de funcționare suficient de scăzută pentru a fi utilizate în siguranță pe corpul uman”, a declarat Weichen Wang, doctorand în laboratorul lui Bao, care este primul autor al lucrării.

Wang lucrează la acest prototip de trei ani.

„Această nouă piele electronică funcționează cu doar cinci volți”

Obiectivul era un circuit integrat soft care să imite mecanismul receptorilor senzoriali și să funcționeze eficient la o tensiune scăzută. Din nefericire, primele încercări ale lui Wang au necesitat peste 30 sau mai mulți volți și nu au putut realiza o funcționalitate suficientă a circuitului.

„Această nouă piele electronică funcționează cu doar cinci volți și poate detecta stimuli asemănători cu pielea umană reală”, a declarat Wang.

Pielea artificială va fi esențială pentru membrele protetice din noua eră, care nu numai că restaurează mișcarea și funcțiile, cum ar fi apucarea, dar oferă și un feedback senzorial (propriocepție) care ajută utilizatorul să controleze dispozitivul cu precizie.

Din ce este alcătuită pielea electronică artificială?

Echipa a inventat o structură dielectrică în trei straturi, care a contribuit la creșterea mobilității purtătorilor de sarcină electrică de 30 de ori în comparație cu un dielectric cu un singur strat, permițând circuitelor să funcționeze la o tensiune mică.

Interesant este faptul că unul dintre straturile din triplu strat este nitrilul, același cauciuc care este folosit la mănușile chirurgicale. Majoritatea pieilor sunt realizate din mai multe straturi de materiale asemănătoare pielii.

În fiecare strat sunt integrate rețele de nanostructuri organice care transmit semnale electrice chiar și atunci când sunt întinse. Aceste rețele pot fi proiectate pentru a detecta presiunea, temperatura, tensiunea și substanțele chimice.

Progrese de ultimă generație

Sistemul este primul care combină detectarea și toate caracteristicile electrice și mecanice dorite ale pielii umane într-o formă moale și durabilă, care ar putea fi utilizată în următoarea generație de piei protetice și interfețe om-mașină inovatoare pentru a oferi un simț tactil asemănător cu cel uman.

Prototipul lor fiind finalizat, Bao, Wang și echipa se angajează acum în creșterea complexității și a scalabilității tehnologiei lor, adăugând funcționalitate wireless și modalități de interfațare cu creierul și cu periferiile corpului.

Vă mai recomandăm și: 

Ar putea „organele-pe-cip” să înlocuiască animalele în experimentele medicale?

O mână robotică este atât de precisă încât poate ține un ou fără să-l spargă

Ce spune vârsta oaselor tale despre cât mai ai de trăit?

Un mod de a activa celulele latente din retină ar putea reda vederea