Pelle artificiale che percepisce e si allunga, come la cosa reale

Alcuni arti protesici ad alta tecnologia possono essere controllati dai loro proprietari, usando nervi, muscoli o persino il cervello. Tuttavia, non c'è modo per chi lo indossa di dire se un oggetto è bollente o sta per sfuggire alla presa dell'appendice.

Questo guanto carico di componenti elettronici è costituito da strati di materiali con sensori elastici in oro e silicio.

I materiali che rilevano calore, pressione e umidità potrebbero aiutare a cambiare questo aggiungendo capacità sensoriali alle protesi. Un gruppo di ricercatori coreani e statunitensi ha ora sviluppato un polimero progettato per imitare le capacità sensoriali elastiche e ad alta risoluzione della pelle reale.

Il polimero è infuso con fitte reti di sensori in oro ultrasottile e silicio. Il silicio normalmente fragile è configurato in forme a serpentina che possono allungarsi per consentire l'elasticità. I dettagli del lavoro sono pubblicati oggi sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

I materiali di rilevamento estensibili sono in fase di sviluppo da anni (vedi Silicone estensibile e Realizzazione di componenti elettronici estensibili). Ma questo è il materiale più sensibile di sempre, con ben 400 sensori per millimetro quadrato.

Se disponi di questi sensori ad alta risoluzione sul dito, puoi dare lo stesso tocco tattile che la mano normale trasmetterebbe al cervello, afferma Roozbeh Ghaffari, che ha contribuito alla ricerca e dirige lo sviluppo tecnologico avanzato presso MC10 , una startup con sede a Cambridge, Massachusetts, che sviluppa prodotti indossabili basati su materiali flessibili e carichi di sensori.

Inoltre, i ricercatori hanno sintonizzato i sensori per avere i giusti intervalli di allungamento a seconda di dove si sarebbero trovati su una mano. Hanno utilizzato telecamere motion-capture per studiare come si muove e si allunga una mano reale, quindi hanno applicato diverse forme di silicone a diversi punti della pelle della protesi per adattarsi a tale elasticità.

Un pezzo del prototipo di smart skin con sensori integrati viene mostrato allungato del 20%.

Infine, in un ulteriore sforzo per rendere i materiali più realistici, hanno aggiunto uno strato di attuatori che lo riscaldano più o meno alla stessa temperatura della pelle umana.

La nuova pelle intelligente affronta solo una parte della sfida nell'aggiungere sensazioni ai dispositivi protesici. Il problema più grande è creare connessioni durevoli e solide con il sistema nervoso umano, in modo che chi lo indossa possa effettivamente sentire ciò che viene percepito.

In una cruda dimostrazione di tale interfaccia, Dae-Hyeong Kim, che ha guidato il progetto alla Seoul National University, ha collegato la pelle intelligente al cervello di un topo ed è stato in grado di misurare le reazioni nella corteccia sensoriale dell'animale agli input sensoriali. Questo, tuttavia, non ha mostrato se, o in che misura, il ratto stesse sentendo calore, pressione o umidità. Per raccontare il tipo esatto di sentimenti, dice Kim, dobbiamo passare a animali più grandi, che sarebbero il nostro lavoro futuro.

Rimane un grande divario tra ciò che i nuovi materiali possono fare e ciò che le interfacce esistenti possono effettivamente trasmettere al cervello umano, afferma Dustin Tyler , professore di ingegneria biomedica presso la Case Western Reserve University ed esperto di interfacce neurali. Questa dimostrazione di prova del concetto è interessante, ma c'è ancora molto lavoro da fare per mostrare la robustezza e le prestazioni necessarie per tradurre questo dispositivo in mani protesiche utilizzabili, dice.

Solo di recente è stata dimostrata un'interfaccia in grado di restituire sensazioni in un essere umano, quando Tyler e colleghi hanno equipaggiato un uomo dell'area di Cleveland che ha perso la mano con un tale sistema (vedi An Artificial Hand with Real Feeling). L'uomo poteva controllare la mano usando un'interfaccia muscolare e circa 20 sensori sulla mano protesica gli trasmettevano informazioni sensoriali attraverso l'elettrodo attaccato a un nervo nel moncone del braccio. Questo gli ha permesso di sapere se aveva raccolto qualcosa di morbido come una ciliegia e di impedirsi di schiacciare il frutto.

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