Aż do końca ubiegłego wieku protezami kończyn były nieporęczne drewniane urządzenia, których zarówno forma, jak i funkcja, znacznie różniły się od ich naturalnych odpowiedników. Dziś mamy protezy, które możemy kontrolować za pomocą umysłów, przewidujące ruch i które są idealnie dopasowane dzięki druku 3D.
Pozostaje jednak jeszcze wiele do zrobienia, aby użytkownik mógł na dobre zapomnieć o noszeniu protezy. Nawet najbardziej zaawansowane nie dają użytkownikowi ogromnej ilości informacji zwrotnych na temat tego, co dotykają.
Naukowcom z Johns Hopkins University poczynili znaczny postęp w tej dziedzinie. Udało im się stworzyć nową elektroniczną skórę właściwą o nazwie e-dermis. Po nałożeniu jej na protetyczne urządzenie sztuczna skóra pozwala na odczucie bólu oraz innych bodźców. Badania opublikowane zostały w czasopiśmie Science Robotics.
Aby stworzyć elektroniczną skórę, która działa jak ludzka, naukowcy rozpoczęli swoje poszukiwania, jak się nie trudno domyśleć w ludzkiej skórze. Nasza skóra zawiera sieć receptorów, które przekazują różne odczucia do mózgu, dając nam informacje na temat tego, co dotykamy, czy jest to ostre, czy gładkie, gorące czy zimne, twarde czy miękkie i tak dalej.
E-skórka skonstruowana została z połączenia tkaniny i gumy z dodatkową warstwą czujników do naśladowania receptorów w ludzkiej skórze. Receptory te mogą wykrywać cechy obiektów, a następnie przesyłać je do nerwów obwodowych w amputowanej kończynie za pośrednictwem przewodów.
Aby dowiedzieć się, jakie informacje ma wysłać urządzenie jej użytkownikowi, naukowcy wykorzystali technikę nazwaną przez skórna elektryczna stymulacja nerwów (ang. transcutaneous electrical nerve stimulation -TENS), W metodzie tej stymulowali nerwy obwodowe w resztkach kończyny, a następnie pytali się, co czują w protezie.
Na przykład powiedzmy, że pewien poziom stymulacji w jednym miejscu na pozostałej kończynie spowodował uczucie bólu w kciuku protezy. Naukowcy mają informację, że trzeba dostarczyć ten poziom stymulacji elektronicznej do tego miejsca, gdy kciuk protezy dotknie czegoś porównywalnie bolesnego. Aktywność mózgu wykrywali za pomocą elektroencefalografii (EEG), aby potwierdzić, że proces stymulował sztuczną kończynę .
Badacze zaprogramowali e-skórę do kodowania różnych wrażeń, dokładnie w taki sam sposób jak robi to ludzka skóra. E-skóra może uczynić, protezę bardziej żywą i chronić ją przed uszkodzeniem.
„Po wielu latach poczułem, jak moja dłoń, znów wypełniła się życiem”, powiedział jeden z ochotników badania, Luke Osborn. „Mogę odróżnić uczucie bólu od nie-bólu, instynktownie wiedząc, czy moje ramię jest w niebezpieczeństwie.”
E-skóra w przyszłości może również dać robotom odczuwanie w sposób ludzki – twierdzą naukowcy. Na razie jednak będzie wykorzystana do przywrócenia ludziom zmysłu dotyku.
Zobacz także: Sterowanie protez za pomocą interfejsu mózg-komputer to nie sci-fi !
Zobacz także: Wrażliwe na dotyk protezy stają się faktem