Он настолько утончен, что может даже отличить сухой подгузник от мокрого.
Протезы конечностей, которые можно контролируется мыслями человека с ампутированной конечностью или мышечные движения уже существуют. Но что, если бы они также могли ощущать окружающую среду, а затем отправлять эту информацию обратно в нервную систему человека с ампутированными конечностями?
Чтобы создать протезы, которые могут функционировать как настоящие части тела, ученые разрабатывают искусственные шкуры, которые улавливают тактильную информацию. До сих пор эти скины очень хорошо реагировали на давление — на самом деле кожа, разработанная инженерами из Стэнфорда, в 1000 раз более чувствительна, чем человеческая кожа. Другой самоисцеление.
Но новая кожа, созданная исследователями из Южной Кореи, может быть самой умной искусственной кожей. Он эластичный, как настоящая кожа, и может чувствовать давление, температуру и влажность. У него даже есть встроенный нагреватель, поэтому он выглядит как живая ткань. Исследователи протестировали искусственную кожу на протезе руки и надеются, что когда-нибудь она будет взаимодействовать с нервами пациента, чтобы люди с ампутированными конечностями могли чувствовать все, что чувствует искусственная кожа.
«Чтобы протезы и искусственная кожа ощущались естественно, их температурный профиль должен контролироваться, чтобы соответствовать человеческому телу».
«Протез руки и ламинированная электронная кожа могут выполнять множество сложных операций, таких как рукопожатие, постукивание по клавиатуре, захват мяча и т. держать чашку горячего или холодного напитка, касаться сухих или влажных поверхностей и контактировать между людьми», — пишут они в статье, которая была опубликована сегодня в Связь с природой.
Основная часть новой кожи состоит из гибкого прозрачного силиконового материала, называемого полидиметилсилоксаном, или ПДМС. В него встроены кремниевые наноленты, которые генерируют электричество, когда их сжимают или растягивают, обеспечивая источник тактильной обратной связи. Они также могут чувствовать, является ли объект горячим или холодным.
Датчики влажности состоят из конденсаторов. Когда полимер, окружающий конденсатор, поглощает воду, влага изменяет способность полимера накапливать заряд. Конденсаторы измеряют это изменение при хранении и используют его для определения уровня влажности окружающей среды.
подгузник тест
Исследователи протестировали датчики влажности несколько нетрадиционным способом. Во-первых, они сравнили показания влажности искусственной кожи с измерениями коммерческого датчика влажности, и результаты очень хорошо совпали. Это нормальный протокол. Но чтобы быть более строгим с научной точки зрения, исследователи заставили протезную руку щупать различные подгузники, и оказалось, что он может различать мокрые и сухие подгузники. Успех!
Далее пришел нагревательный элемент.
«Чтобы протезы и искусственная кожа ощущались естественно, их температурный профиль должен контролироваться, чтобы соответствовать человеческому телу», — пишут авторы. Тепловые приводы контролируют, сколько тепла излучает искусственная кожа. И хотя есть очень простые способы измерить, поддерживает ли кожа стабильные 98 градусов по Фаренгейту, исследователи предпочли поместить руку на пластиковую куклу (надеюсь, она была вымыта после прикосновения к мокрым подгузникам), а затем измерила количество тепла, которое рука передала кукла. Это было в пределах нормального человеческого диапазона.
Женан Бао, инженер по искусственной коже из Стэнфорда, не участвовавший в новой статье, назвал работу увлекательной. Она сказала, что, хотя авторы и раньше создавали искусственную кожу с датчиками температуры, давления и влажности, их интеграция с эластичной подложкой является новинкой.
Изменяя форму узоров кремниевых нанолент, исследователи могут регулировать эластичность кожи. В областях, где кожу не нужно растягивать, например, на кончиках пальцев, наноленты укладываются в плотный линейный рисунок для максимальной чувствительности. Для таких областей, как запястье, которым нужна большая гибкость, наноленты образуют более петлеобразный рисунок, что позволяет увеличить пространство до 16 процентов.
«Это важная демонстрация применения растягиваемой электроники», — сказал Бао.
Команда все еще разрабатывает лучший способ передачи сенсорной информации от искусственной кожи к мозгу человека с ампутированными конечностями. Им удалось передать информацию о давлении с кожи в мозг крысы, но в документе предупреждают, что этот метод может быть небезопасным для людей.
По крайней мере, возможно, это изобретение осуществит мечту каждого родителя: роботы для смены подгузников.