Menu Close

Sztuczna skóra – dotyk protezy

Zhenan Bao z Uniwersytetu Stanforda poświęciła dużo pracy badaniu elastycznych obwodów z nanorurek węglowych. Ostatnim osiągnięciem jej zespołu jest “sztuczna skóra”, zapewniająca przekaz impulsów dotyku bezpośrednio do komórek mózgu myszy. Wg wstępnych założeń planuje wykorzystanie wynalazku  w protezach zapewniających użytkownikom pełny zmysł dotyku. Podczas gdy mechanizm przesyłania sygnałów czuciowych ze sztucznej skóry do mózgu określany jest mianem “optogenetyki”- bowiem wykorzystuje światło do kontrolowania komórek w żywych tkankach – to podstawą wynalazku „sztucznej skóry” jest unikalna geometria piramidalna nanorurek węglowych (CNT). “Korzystanie z piramid pozwala na łatwe dostrojenie czułości  i zakresu czujników, co jest niezwykle ważne w tym projekcie,” wyjaśnia Alex Leslie Chortos, autor publikacji prezentowanej w „Science”. “Musieliśmy zoptymalizować impedancję i zakres nacisku czujników do współpracy z innymi elementami urządzenia. Poprzez takie zmiany, jak wielkość i rozstaw piramid, mogliśmy łatwo zmodyfikować czujniki do pożądanej przez nas charakterystyki. “Chortos i jego koledzy odkryli, że przy użyciu niestrukturalnej folii czułość była zbyt niska dla realizacji celu i choć możliwe jest wytwarzanie czujnika nacisku o podobnej czułości który nie zawiera piramid, to jednak wymagałoby to zmiany modułu sprężystości gumy, co jest stosunkowo trudne i ma wiele innych negatywnych skutków. Podczas pracy, gdy nacisk na czujnik CNT wzrasta, ściskane są nanorurki CNT zmniejszając tym samym impedancję czujnika. “Czujnik wykonany z nanorurek węglowych wykrywa impulsy, a ściskanie kompozytu zmniejsza impedancję zwiększając tym samym napięcie” wyjaśnił Chortos. “Sygnał jest podawany poprzez sprzężenie czujnika  z oscylatorem elektrycznym, który tworzy impulsy napięcia. Gdy na czujnik wywierany jest nacisk, to częstotliwość napięcia impulsów generowanych przez oscylator wzrasta. “Urządzenie opracowane przez naukowców Stanford opiera się na dwóch podstawowych technologiach: czujnika nacisku i elastycznej warstwy elektroniki. Według Chortos’a, czujnik nacisku może być stosowany w urządzeniach mobilnych i inteligentnych robotach, podczas gdy elastyczna warstwa elektroniki (wytwarzana przez Xerox Palo Alto Research Center) może znaleźć zastosowanie w pomiarze informacji pozyskiwanej z czujników jak i w elastycznych wyświetlaczach. Protezy kończyn, które dostarczą zmysł dotyku bezpośrednio do mózgu będą przełomowe. “Jednak zanim technologia ta zostanie zastosowana w protezach to musi być poprawiona stabilność i trwałość warstwy obwodu urządzenia jak i ulepszone procesy produkcyjne w celu umożliwienia skalowalnej produkcji czujników skóry zawierających wszystkie niezbędne składniki obwodu w kompaktowej formie”, powiedział Chortos. Sztuczna skóra opracowana przez zespół Stanfordu może być ogólną platformą generowania sygnałów elektrycznych, które są zgodne z biologią. Wprawdzie technologia ta może służyć jako czujnik dotyku, ale prawdziwa skóra posiada jednak jeszcze wiele innych funkcji. “Przyszłe prace będą obejmować zwiększenie zakresu funkcji sensorycznych, włączając w to czujniki rozciągania, oraz uwzględnienie takich  czynników jak temperatura i wibracje”, powiedział Chortos. “Ważnym elementem przyszłej pracy będzie współpraca z naukowcami posiadających wiedzę i doświadczenie w pracy impulsami elektrycznymi nerwów żywych zwierząt.”

Źródło: IEEE Spectrum

Leave a Reply

Your email address will not be published.