Dodano: 04 czerwiec 2018r.

Sztuczne nerwy umożliwią odczucie dotyku nawet przez protezę

Protetyka może wkrótce nabrać zupełnie nowego oblicza. A to dzięki opracowaniu nowego rodzaju sztucznego nerwu, który wyczuwa dotyk, przetwarza informacje i komunikuje się z innymi nerwami, zupełnie tak, jak robią to naturalne nerwy.

 

Stworzony na Uniwersytecie Stanforda sztuczny nerw czuciowy, funkcjonuje w podobny sposób, jak naturalne nerwy. Wykonany jest z elastycznych składników organicznych i składa się z trzech części. Rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Science”.

Pierwsza ze wspomnianych części to seria kilkudziesięciu czujników odbierających sygnały ciśnieniowe. Nacisk na jeden z tych czujników powoduje wzrost napięcia między dwiema elektrodami. Ta zmiana jest następnie odbierana przez drugą część, która przekształca zmiany napięcia w ciąg elektrycznych impulsów. To oscylator pierścieniowy. Impulsy są podawane do trzeciego urządzenia zwanego tranzystorem synaptycznym, który wysyła serię impulsów elektrycznych we wzorach, które z kolei pasują do tych wytwarzanych przez neurony biologiczne.

 

Przyszłe wersje sztucznego nerwu mogą zostać wzbogacone o czujniki do śledzenia zmian w fakturze, pozycji i różnych typach nacisku, prowadząc potencjalnie do radykalnej poprawy sposobu, w jaki ludzie ze sztucznymi kończynami wyczuwają i współdziałają z otoczeniem.

- To ogromny postęp – przyznał Robert Shepherd, ekspert w dziedzinie elektroniki organicznej z Cornell University. - Miękkie, elastyczne, organiczne materiały użyte do stworzenia sztucznego nerwu idealnie nadają się do integracji z giętką ludzką tkanką, ale są również stosunkowo tanie w produkcji – dodał.

Nowoczesna protetyka już i tak robi wrażenie. Niektóre rozwiązania pozwalają osobom po amputacji kontrolować ruchy sztucznych kończyn wyłącznie za pomocą ich myśli. Inne mają czujniki nacisku w opuszkach palców, które pomagają kontrolować chwyt, bez konieczności ciągłego monitorowania postępów wzrokiem.

Ale nasz naturalny zmysł dotyku jest znacznie bardziej złożony. Integruje tysiące sensorów, które śledzą różne rodzaje nacisku, a także zdolność wyczuwania ciepła i zmian pozycji. Ta ogromna ilość informacji jest transportowana przez lokalne skupiska nerwów do rdzenia kręgowego, a ostatecznie do mózgu. Tylko wtedy, gdy sygnały łączą się, aby stać się wystarczająco silne tworzą kolejne ogniwo w łańcuchu.

Zhenan Bao, który kierował badaniami przyznał, że opracowany przez nich sztuczny nerw jest na tyle czuły, że można za jego pomocą odczytać znaki systemu alfabetu Braille’a. Co więcej, udało im się połączyć sztuczny neuron z biologicznym odpowiednikiem. Podczas testów badacze pozbawili karalucha jednej z nóg. W jej miejsce zainstalowali elektrodę sztucznego neuronu i połączyli ją z neuronem w nodze karalucha. Sygnały pochodzące ze sztucznego neuronu spowodowały, że mięśnie nóg uległy skurczowi.

Elektronika organiczna zaprezentowana przez badaczy z Uniwersytetu Stanforda jest tania w produkcji, co powinno umożliwić naukowcom integrację dużej liczby sztucznych nerwów, które mogłyby wychwycić wiele rodzajów informacji zmysłowych. Taki system mógłby dostarczyć znacznie więcej informacji zmysłowych osobom korzystającym z protez, pomagając im lepiej kontrolować ich sztuczne kończyny.

Ale podejście to może zostać zastosowane także w przypadku nowej generacji robotów. Takie maszyny będą miały większą zdolność interakcji z ciągle zmieniającym się otoczeniem. To niezwykle istotne do wykonywania złożonych zadań, takich choćby jak opieka nad osobami starszymi.

 

Źródło i fot.: Science