211service.com
Hoe valse handen echt gevoel te geven
De menselijke hand heeft 17.000 aanraaksensoren die ons helpen dingen op te pakken en ons te verbinden met de fysieke wereld. Een hand- of voetprothese heeft helemaal geen gevoel.
Zhenan Bao hoopt daar verandering in te brengen door protheses in te wikkelen met een elektronische huid die druk kan voelen, genezen bij snijden en sensorische gegevens kan verwerken. Het is een cruciale stap in de richting van protheses die op een dag op het zenuwstelsel kunnen worden aangesloten om tastzin te geven. Zelfs voordat dat mogelijk was, zou een zachte maar gripvolle elektronische huid geamputeerden en slachtoffers van brandwonden meer alledaagse taken laten doen, zoals het oppakken van delicate voorwerpen - en mogelijk helpen bij het verlichten van fantoompijn.
Dit verhaal maakte deel uit van ons septembernummer van 2016
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Om de mogelijkheden van de huid van mensenhanden na te bootsen en in sommige opzichten te overtreffen, heroverweegt Bao wat een elektronisch materiaal kan zijn. Een elektronische huid moet niet alleen gevoelig zijn voor druk, maar ook licht van gewicht, duurzaam, rekbaar, buigzaam en zelfherstellend zijn, net als een echte huid. Het zou ook relatief goedkoop moeten zijn om in grote platen te vervaardigen om rond protheses te wikkelen. Traditionele elektronische materialen zijn geen van deze dingen.
Bao MIT Technology Review Innovator Under 35 in 2003) werkt sinds 2010 aan de elektronische huid. Ze moest nieuwe chemische recepten maken voor elk elektronisch onderdeel, waarbij ze stijve materialen zoals silicium verving door flexibele organische moleculen, polymeren en nanomaterialen.
Zhenan Bao
De groep van Bao gebruikt elastische rubberen materialen die vergelijkbaar zijn met de menselijke huid in de manier waarop ze geven en herstellen. Soms mengt haar team elektronische materialen in het rubber; andere keren bouwen ze er bovenop. Om een aanraaksensor te maken, mengen onderzoekers koolstof dat elektrisch geleidend is. De spanning over dit geleidende rubberen vel verandert wanneer het materiaal wordt geperst. Bao's groep ontdekte dat het bedekken van deze aanraaksensoren met een patroon van piramides op microschaal hun aanraakgevoeligheid verbetert, net zoals de kransen van onze vingerafdrukken. Afhankelijk van het ontwerp kunnen deze sensoren minstens zo gevoelig worden gemaakt als de huid van onze handen. Haar groep print ook transistors, elektrische leidingen en andere componenten op de rubberachtige huid om rekbare circuits te maken die gegevens van aanraaksensoren op een prothetische hand kunnen verwerken.
Aan de linkerkant kan een airbrush geladen met zilver-nanodeeltjesinkt worden gebruikt om elektrische contacten en draden door een stencil af te drukken.
Rechts door een microscoop zijn minuscule piramides op een aanraaksensor zichtbaar. Deze 50 micrometer brede functies verbeteren de gevoeligheid, net als de randen van onze vingerafdrukken.
Aan de linkerkant kan een airbrush geladen met zilver-nanodeeltjesinkt worden gebruikt om elektrische contacten en draden door een stencil af te drukken.
Rechts door een microscoop zijn minuscule piramides op een aanraaksensor zichtbaar. Deze 50 micrometer brede functies verbeteren de gevoeligheid, net als de randen van onze vingerafdrukken.
Elke vingertop van deze houten displayhand is uitgerust met een rekbare aanraaksensor die is aangesloten op elektrische leidingen die gegevens naar een flexibel elektronisch controlecentrum op de handpalm transporteren.
Nu werkt Bao aan vreemdere materialen. Een polymeer dat ze ontwikkelde is veel rekbaarder dan de menselijke huid: het kan tot 100 keer zijn normale lengte worden getrokken zonder te breken. Dit materiaal geneest ook wanneer het wordt gesneden, zonder enige hitte of andere trigger. En het kan werken als een zwakke kunstmatige spier, die uitzet en samentrekt wanneer een elektrisch veld wordt aangelegd.
Met de basismaterialen en ontwerpen op hun plaats, werkt ze aan halfgeleiders en andere elektronische materialen die hetzelfde helende en rekbare vermogen hebben. Maar het opnieuw uitvinden van de elektronische materialen is niet genoeg: gegevens van deze kunstmatige huiden moeten aan het zenuwstelsel worden geleverd in een formaat dat het lichaam kan begrijpen. Bao's groep werkt nu aan circuitontwerpen die signalen naar het zenuwstelsel sturen, zodat elektronische skins op een dag niet alleen geamputeerden zullen helpen hun behendigheid terug te krijgen, maar ze ook de aanraking van hun dierbaren zullen laten voelen.