211service.com
Kunsthuid biedt een stap in de richting van bionische handen
Met financiering van het Amerikaanse ministerie van Defensie boeken verschillende onderzoekers vooruitgang in de richting van meer mensachtige prothesehanden, die gebruikers een gevoel van controle en aanraking geven.
De vingertoppen van deze prothesehand zijn bedekt met een nieuwe vorm van kunsthuid die lichte drukgradiënten kan opvangen.
Wetenschappers van Stanford hebben een nieuw type druksensor aangekondigd in de vorm van een plat, flexibel materiaal dat uiteindelijk zou kunnen dienen als een kunstmatige huid die over protheses zou kunnen gaan, waardoor gebruikers niet alleen objecten kunnen manipuleren, maar ook kunnen voelen. De sensoren sturen pulsen die de hersenen interpreteren om een bepaalde tastzin te bepalen. Het bootst direct het biologische systeem na, zegt hoofdonderzoeker Zhenan Bao.
De huid is gemaakt van plastic dat is bedrukt met een wafelpatroon om het samendrukbaar te maken. Binnenin zijn koolstofnanobuisjes ingebed - kleine cilinders van pure koolstof die elektriciteit geleiden. Door in het materiaal te knijpen, komen de staven dichter bij elkaar, waardoor snellere pulsen ontstaan naarmate de druk toeneemt.
In een krant in de uitgave van deze week van Wetenschap , Bao en collega's beweren dat de sensoren gradaties in druk kunnen opvangen die gelijk zijn aan het verschil tussen een stevige handdruk en een slappe. Dit is slechts één onderdeel van aanraking en het is niet bij mensen getest. In plaats daarvan stuurden Bao en haar collega's de signalen in vitro naar plakjes muizenhersenen - gewoon om te laten zien dat ze de sensor konden laten communiceren met neuronen.
Toch is het een veelbelovende stap in de zoektocht om prothetische ledematen echter te maken. Het is onmogelijk om veel te doen met een handprothese als je niet kunt voelen, zegt Sliman Bensmaia, een bioloog en computationeel neurowetenschapper die aan kunstmatige ledematen werkt aan de Universiteit van Chicago. Aanraking, zegt hij, is moeilijk opnieuw te creëren omdat het een verrassend complex zintuig is. We kunnen niet alleen zijde van satijn onderscheiden, maar ook goedkope zijde van goede zijde onderscheiden. We doen dit omdat onze huid texturen tot op 10s van nanometer kan voelen.
Uiteindelijk hopen de onderzoekers informatie van kunstmatige sensoren te kanaliseren naar de perifere zenuwen die ooit verbonden waren met de verloren hand. Ze hebben al interfaces gemaakt waarmee gebruikers hun handen kunnen openen en sluiten (zie Een kunstmatige hand met echt gevoel). Wat ze vervolgens willen, is de fijne coördinatie waarmee we elke vinger afzonderlijk kunnen bewegen.
En daarvoor zijn elektrische pulsen nodig om in beide richtingen te gaan: signalen van de spieren en zenuwen van een patiënt die de prothese bewegen, en sensoren die natuurlijk ogende feedback aan de patiënt geven. Het is gedeeltelijk een vertaaltaak, omdat ze proberen de sensoren de taal van het zenuwstelsel te laten spreken, zegt Dustin Tyler, een professor in biomedische technologie aan de Case Western Reserve University.
Het moeilijkste is om een interface te creëren tussen de prothese en de patiënt, waardoor deze taal in al zijn complexiteit kan worden overgedragen. We zijn niet op het punt waar we natuurlijke aanraking kunnen reproduceren, maar we zijn op het punt waar we een nuttige tastsensatie kunnen overbrengen, zegt Bensmaia.