Come dare una sensazione reale alle mani finte

La mano umana ha 17.000 sensori tattili che ci aiutano a raccogliere le cose e a connetterci al mondo fisico. Una mano o un piede protesici non hanno alcuna sensazione.

Zhenan Bao spera di cambiarlo avvolgendo le protesi con una pelle elettronica in grado di percepire la pressione, guarire quando viene tagliata ed elaborare i dati sensoriali. È un passaggio fondamentale verso le protesi che un giorno potrebbero essere collegate al sistema nervoso per fornire un senso del tatto. Anche prima che ciò sia possibile, la pelle elettronica morbida ma aderente consentirebbe agli amputati e alle vittime di ustioni di svolgere più attività quotidiane come raccogliere oggetti delicati e forse aiutare ad alleviare il dolore dell'arto fantasma.

Questa storia faceva parte del nostro numero di settembre 2016

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Per imitare e in qualche modo superare le capacità della pelle delle mani umane, Bao sta ripensando a cosa può essere un materiale elettronico. La pelle elettronica dovrebbe essere non solo sensibile alla pressione, ma anche leggera, resistente, elastica, flessibile e autorigenerante, proprio come la vera pelle. Dovrebbe anche essere relativamente poco costoso da produrre in fogli di grandi dimensioni per avvolgere le protesi. I materiali elettronici tradizionali non sono niente di tutto questo.

Bao (an Revisione della tecnologia del MIT Innovator Under 35 nel 2003) lavora sulla pelle elettronica dal 2010. Ha dovuto creare nuove ricette chimiche per ogni componente elettronico, sostituendo materiali rigidi come il silicio con molecole organiche flessibili, polimeri e nanomateriali.

Zhenan Bao

Il gruppo di Bao utilizza materiali in gomma elastica che sono simili alla pelle umana nel modo in cui danno e recuperano. A volte la sua squadra mescola materiali elettronici nella gomma; altre volte ci costruiscono sopra. Per realizzare un sensore tattile, i ricercatori mescolano del carbonio che è elettricamente conduttivo. La tensione attraverso questo foglio di gomma conduttiva cambia quando il materiale viene premuto. Il gruppo di Bao ha scoperto che coprire questi sensori tattili con uno schema di piramidi in microscala migliora la loro sensibilità al tocco, proprio come fanno i vortici delle nostre impronte digitali. A seconda del design, questi sensori possono essere resi sensibili almeno quanto la pelle delle nostre mani. Il suo gruppo stampa anche transistor, cavi elettrici e altri componenti sulle pelli gommose per creare circuiti elastici che potrebbero elaborare i dati dai sensori tattili su una mano protesica.

A sinistra, un aerografo caricato con inchiostro a nanoparticelle d'argento può essere utilizzato per stampare contatti elettrici e fili attraverso uno stencil.

A destra, attraverso un microscopio, sono visibili minuscole piramidi su un sensore tattile. Queste caratteristiche larghe 50 micrometri migliorano la sensibilità, proprio come le creste delle nostre impronte digitali.

A sinistra, un aerografo caricato con inchiostro a nanoparticelle d'argento può essere utilizzato per stampare contatti elettrici e fili attraverso uno stencil.

A destra, attraverso un microscopio, sono visibili minuscole piramidi su un sensore tattile. Queste caratteristiche larghe 50 micrometri migliorano la sensibilità, proprio come le creste delle nostre impronte digitali.

Ogni punta del dito su questa lancetta in legno è dotata di un sensore tattile elastico collegato a cavi elettrici che trasportano i dati a un centro di controllo elettronico flessibile sul palmo.

Ora Bao sta lavorando su materiali più strani. Un polimero che ha sviluppato è molto più elastico della pelle umana: può essere tirato fino a 100 volte la sua lunghezza normale senza rompersi. Questo materiale guarisce anche quando viene tagliato, senza calore o altri trigger. E può agire come un debole muscolo artificiale, espandendosi e contraendosi quando viene applicato un campo elettrico.

Con i materiali e i progetti di base in atto, sta lavorando su semiconduttori e altri materiali elettronici che hanno la stessa abilità di guarigione e allungamento. Ma reinventare i materiali elettronici non sarà sufficiente: i dati di queste pelli artificiali devono essere consegnati al sistema nervoso in un formato comprensibile al corpo. Il gruppo di Bao sta ora lavorando a progetti di circuiti che invieranno segnali al sistema nervoso, in modo che un giorno le pelli elettroniche non solo aiuteranno gli amputati a ritrovare la destrezza, ma faranno anche sentire il tocco dei loro cari.

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