Прототип протеза руки, покрытый искусственной кожей нового поколения
(фото Dae Hyeong Kim/Seoul National University).
За последнее время в области протезирования человеческих конечностей достигнуто немало успехов. Наиболее высокотехнологичные экземпляры протезов позволяют управлять ими с помощью своих родных нервов, мышц и даже мозга.
Немалая часть усилий исследователей по всему миру в этой области сейчас посвящена решению проблемы передачи наиболее реальных тактильных ощущений. Но на данный момент ещё не создана технология, которая безошибочно оповестит человека о том, что предмет обжигающе горячий или вот-вот выскользнет из рук.
Группа корейских исследователей из Сеульского национального университета (SNU) и их американские коллеги занимаются разработкой "умной кожи" для протезов нового уровня. Учёные создали материал, который имитирует упругость и сенсорные возможности живой кожи.
Полимерная основа пронизана плотной сетью всевозможных датчиков, изготовленных из ультратонкого золота и монокристаллического кремния. Обычно хрупкие кремниевые элементы выполнены в змеевидной форме, что даёт возможность "коже" растягиваться. На один миллиметр нового материала приходится до 400 датчиков температуры, влажности, растяжения и давления.
Кожа на живой руке подвергается растяжениям неравномерно, да и её чувствительность меняется в зависимости от местоположения. Новый материал будет полностью соответствовать этим природным "требованиям". Датчики будут распределены в нём также в зависимости от природной необходимости, то есть их будет гораздо больше в области кончиков пальцев, чем, скажем, на тыльной стороне ладони.
Учёные также добавили "коже" дополнительный слой, который нагревает материал до температуры покровов человека.
Несмотря на впечатляющий результат корейцев в области чувствительности, до сих пор не решена главная проблема, с которой сталкиваются все изготовители высокотехнологичных протезов: как наладить эффективную связь между сенсорами и нервной системой владельца, чтобы обеспечить максимально реалистичные ощущения? В действующей модели сигналы датчиков передаются нервам с помощью массива платиновых электродов, покрытых оксидом церия для предотвращения воспаления тканей.
Во время демонстрации изобретения руководитель проекта Дэ-Хен Ким (Dae-Hyeong Kim) и его коллеги подключили "умную кожу" к мозгу мыши и регистрировали реакцию сенсорной коры. Однако, по словам исследователей, ответные сигналы не дают понимания, в какой степени животные чувствуют тепло, давление или влагу. Возможно, эксперименты на крупных животных помогут найти ответ.
Подробнее с результатами работы можно познакомиться в статье, опубликованной в издании Nature.