СТВОРЕНО ШТУЧНІ РЕЦЕПТОРИ ДОТИКУ ДЛЯ ПРОТЕЗІВ

СТВОРЕНО ШТУЧНІ РЕЦЕПТОРИ ДОТИКУ ДЛЯ ПРОТЕЗІВ

sn-mechanoreceptor

Фото: BAO RESEARCH GROUP/STANFORD UNIVERSITY

Американські вчені наблизилися до створення штучної шкіри, здатної повернути власникам протезів природне почуття дотику. Вони створили електронні датчики, які посилають в мозок мишей практично такі ж сигнали, як і механорецептори в шкірі людини. Про винахід повідомляє журнал Science.

Датчики дотику на сучасних протезах все ще не можуть зрівнятися зі справжніми тактильними рецепторами шкіри. Коли останні відчувають зовнішній тиск, вони «вистрілюють» потоком нервових імпульсів: чим сильніший тиск, тим вища частота. Однак штучні датчики поки були виключно аналоговими пристроями – сильний тиск викликає в них більш сильний сигнал, а не підвищує частоту імпульсів. Тому вони потребують додаткової мікросхеми, що перетворює сильні сигнали в цифровий потік імпульсів.

Інженер-хімік зі Стенфордського університету Чженань Бао (Zhenan Bao) і її колеги створили датчики, які відразу видають цифрові сигнали. Вони виправили пристрої, розроблені ще в 2010 році: мініатюрні гумові стрижні, що містять струмопровідні вуглецеві нанотрубки і пару електродів. У стані спокою гума ізолює електроди один від одного, а при тиску нанотрубки стикаються і струм починає йти між електродами. Група Бао замінила стрижні на перевернуті піраміди і збільшила їх чутливість до дотиків (від подиху вітерця до міцного рукостискання). Також вона додала туди кільцеві генератори, що перетворюють електричні сигнали від пірамід на потік імпульсів. Як і в природних тактильних рецепторах, чим сильніший тиск, тим вища частота імпульсів, які видають кільцеві генератори.

Однак група Бао пішла ще далі. Зазвичай в експериментах такого роду в кору головного мозку тварин вбудовуються металеві електроди. Вони досить швидко ушкоджують тканини мозку, через що тривалість експериментів сильно лімітована. Учені вирішили посилати електронні імпульси від датчиків дотику до світлодіоду, який конвертував їх у потік імпульсів синього світла.

Генетики перебудували соматосенсорну кору мишей так, щоб та поглинала синє світло і реагувала на нього. Зріз світлочутливої ​​кори вирізали з організму миші і помістили в лабораторні умови. Далі в ході експерименту вони з’ясували, що тканини мозку брали сигнали від датчиків і природно реагували на них.

Однак до практичного застосування нової технології ще далеко: тканини людського мозку, наприклад, поки неможливо генетично модифікувати для прийому світлових сигналів. Таким чином, вченим доведеться шукати новий спосіб безпечної і довгостроковій передачі електричних сигналів від протезів до мозку.1445019043-8394

Малюнок: BAO RESEARCH GROUP/STANFORD UNIVERSITY