Neue "künstliche haut" schritte in richtung touch feedback für künstliche gliedmaßen


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Ein Team von Ingenieuren der Stanford University in Kalifornien hat ein Plastikmaterial geschaffen, das den Druck erkennt und ein Signal direkt zu einer lebenden Gehirnzelle liefert. Sie sagen, ihre Arbeit dient als ein Schritt zur Schaffung künstlicher Gliedmaßen mit dem Gefühl der Berührung.

Die Schaffung der neuen "künstlichen Haut" stellt einen Schritt hin zu prothetischen Gliedmaßen dar,

Bildnachweis: Bao Lab / Stanford University

Die Ingenieure unter der Leitung von Prof. Zhenan Bao veröffentlichen ihre Arbeit in der Zeitschrift Wissenschaft .

Prof. Bao arbeitet seit einem Jahrzehnt daran, ein Material zu entwickeln, das die Fähigkeit der Haut beeinträchtigen kann, sich zu biegen und zu heilen, sowie Signale an das Gehirn zu senden, die Berührung, Temperatur und Schmerzen darstellen. Ihr Ziel ist es, ein flexibles Gewebe zu schaffen, das mit Sensoren geschnürt ist, die ein künstliches Glied bedecken und einige der Hautsichten kopieren.

Die Technik des Teams besteht aus einem Kunststoff-Setup mit zwei Schichten. Die obere Schicht hat einen Erfassungsmechanismus, und die untere Schicht arbeitet wie eine Schaltung, sendet elektrische Signale und übersetzt sie in Nachrichten für Nervenzellen.

In ihrer neuen Arbeit verfügt die obere Schicht über einen Sensor, der Druck wie die menschliche Haut erkennt und die Unterschiede zwischen einem leichteren Fingerhahn zu einem festen Handshake unterscheidet.

Entsprechend dem Team beruht die menschliche Haut auf Rezeptoren, die digitale Signale für "taktile Erfassung" senden, in denen die variierenden Drücke in eine Reihe von Spannungsimpulsen umgewandelt werden.

"Dies ist das erste Mal, dass ein flexibles, hautähnliches Material in der Lage war, Druck zu erkennen und auch ein Signal an einen Bestandteil des Nervensystems zu übertragen", sagt Prof. Bao.

Sensorische Informationen gesendet 'wie Morse-Code'

Vor etwa 5 Jahren hat das Team erstmals beschrieben, wie Kunststoffe und Kautschuke als Drucksensoren eingesetzt werden können, indem sie die Flexibilität ihrer molekularen Strukturen messen. Sie konnten diese Druckempfindlichkeit erhöhen, indem sie ein Waffelmuster in den Kunststoff einbetten und die Molekülquellen des Kunststoffs weiter kondensierten.

Um diese Drucksensorik elektronisch einzusetzen, verbreiten die Forscher Milliarden von Kohlenstoff-Nanoröhrchen durch den Kunststoff. Sie erklären, dass das Komprimieren des Plastiks die Nanoröhrchen noch näher zusammenbricht und es ihnen ermöglicht, Elektrizität zu leiten.

Auf diese Weise konnte der Plastiksensor die menschliche Haut nachahmen und die Art und Weise, wie sie Druckinformationen an das Gehirn in Form von kurzen Stromimpulsen überträgt - wie Morse-Code.

Die kurzen Impulse werden dann zu einem Erfassungsmechanismus geschickt. Durch die Druckentlastung entspannt sich der Pulsfluss - was auf eine leichte Berührung ankommt - bei gleichzeitigem Entfernen des Drucks werden die Impulse gestoppt. Prof. Bao und ihr Team hakte dann den Sensormechanismus auf die zweite Schicht ihrer künstlichen Haut, die Elektrizitätsimpulse zu Nervenzellen transportieren kann.

Ihre letzte Aufgabe war es zu beweisen, dass das elektrische Signal von einem biologischen Neuron erkannt werden kann. Sie taten dies mit einer Technik, die von einem Stanford-Professor für Biotechnologie entwickelt wurde - Karl Deisseroth - der die Optogenetik, ein Feld, das Genetik und Optik kombiniert, vorangetrieben hat.

"Noch viel Arbeit"

Um ihre Aufgabe zu vervollständigen, machten die Forscher eine Reihe von Neuronen, die einen Teil des menschlichen Nervensystems replizieren, indem sie elektronische Drucksignale von ihrer künstlichen Haut in Lichtpulse umsetzen. Dies wiederum aktiviert die Neuronen und bewies die Haut könnte eine sensorische Ausgabe, die in der Lage ist, mit Nervenzellen zu kommunizieren.

Obwohl diese Technik mit Optogenetik experimentell ist, sagen die Forscher, dass andere stimulierende Methoden wahrscheinlich in echten künstlichen Gliedmaßen verwendet werden. Sie möchten gern verschiedene Sensoren schaffen, die den Gliedern die Möglichkeit geben könnten, den Unterschied zwischen Cord und Seide zu erzählen.

"Wir haben viel Arbeit, um dies von experimentellen bis hin zu praktischen Anwendungen zu machen", sagt Prof. Bao. "Aber nachdem ich viele Jahre in dieser Arbeit verbracht habe, sehe ich jetzt einen klaren Weg, wo wir unsere künstliche Haut nehmen können."

Die Autoren schließen ihre Arbeit durch Schreiben:

Diese Arbeit stellt einen Schritt in Richtung Design und Verwendung von großflächigen organischen elektronischen Häuten mit neuronal integriertem Touch-Feedback für Ersatz-Gliedmaßen dar."

Letztes Jahr, Medical-Diag.com Berichtete über die erfolgreiche Entwicklung eines vom Gehirn kontrollierten prothetischen Arms.

Künstliche Haut erfolgreich verpflanzt (Video Medizinische Und Professionelle 2021).

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