Ηλεκτρονικό δέρμα που αντιδρά στον πόνο σαν το ανθρώπινο. Electronic skin reacts to pain like a human

Ένα ηλεκτρονικό, τεχνητό δέρμα το οποίο αντιδρά σε ερεθίσματα πόνου όπως το πραγματικό, ανέπτυξαν ερευνητές του RMIT University- ανοίγοντας πιθανώς τον δρόμο για καλύτερα προσθετικά, πιο «έξυπνα» ρομπότ και μη επεμβατικές εναλλακτικές σε μοσχεύματα δέρματος. Researchers have developed electronic artificial skin that reacts to pain just like real skin, opening the way to better prosthetics, smarter robotics and non-invasive alternatives to skin grafts. The skin-like sensing prototype device, made with stretchable electronics. Credit: RMIT University

Το πρωτότυπο αυτό μπορεί να αναπαράγει ηλεκτρονικά τον τρόπο με τον οποίο το ανθρώπινο δέρμα αντιλαμβάνεται τον πόνο, μιμούμενο την άμεση αντίδραση του δέρματος και ανταποκρινόμενο σε οδυνηρές αισθήσεις με την ταχύτητα που έχουν τα σήματα των νεύρων που πηγαίνουν στον εγκέφαλο. Ο επικεφαλής ερευνητής, Μαντχού Μπασκαράν, είπε ότι το πρωτότυπο αυτό αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση των βιοϊατρικών τεχνολογιών νέας γενιάς και της «έξυπνης» ρομποτικής.

«Το δέρμα είναι το μεγαλύτερο αισθητήριο όργανο του σώματός μας, με πολύπλοκα χαρακτηριστικά σχεδιασμένα να στέλνουν άμεσα σήματα όταν κάτι πονάει» είπε ο Μπασκαράν. «Νιώθουμε συνέχεια πράγματα μέσω του δέρματος, αλλά η αντίδραση πόνου μας ενεργοποιείται μόνο σε συγκεκριμένο σημείο, όταν αγγίζουμε κάτι πολύ θερμό ή πολύ αιχμητό. Καμία ηλεκτρονική τεχνολογία δεν ήταν σε θέση να μιμηθεί ρεαλιστικά αυτή την πολύ ανθρώπινη αίσθηση πόνου- ως τώρα. Το τεχνητό μας δέρμα αντιδρά άμεσα όταν πίεση, θερμότητα ή κρύο φτάνουν σε ένα οδυνηρό όριο. Είναι ένα κρίσιμο βήμα προς τα εμπρός στη μελλοντική ανάπτυξη εξελιγμένων συστημάτων feedback που χρειαζόμαστε για να φτιάξουμε αληθινά έξυπνα προσθετικά και έξυπνα ρομπότ».

Πέρα από το πρωτότυπο αυτό, οι ερευνητές έχουν επίσης αναπτύξει συσκευές από εύκαμπτα ηλεκτρονικά που μπορούν να αισθάνονται και να ανταποκρίνονται σε αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση. Ο Μπασκαράν, ένας εκ των επικεφαλής της ομάδας Functional Materials and Microsystems στο RMIT, είπε πως τρία λειτουργικά πρωτότυπα σχεδιάστηκαν για να παρέχουν βασικά χαρακτηριστικά των δυνατοτήτων αίσθησης του δέρματος σε ηλεκτρονική μορφή.

Με περαιτέρω ανάπτυξη, το εύκαμπτο τεχνητό δέρμα θα μπορούσε επίσης να αποτελέσει μελλοντική επιλογή για μη επεμβατικά μοσχεύματα, όπου η παραδοσιακή προσέγγιση είτε δεν είναι βιώσιμη είτε δεν λειτουργεί.

The research combines three technologies pioneered by the RMIT team. Credit: RMIT University

Στο πλαίσιο της νέας αυτής έρευνας χρησιμοποιούνται τρεις τεχνολογίες: Εύκαμπτα ηλεκτρονικά, επικαλύψεις που αντιδρούν στη θερμοκρασία και μνήμη που προσομοιώνει αυτήν του εγκεφάλου για τη διαχείριση και διατήρηση παλαιότερων πληροφοριών. Ειδικότερα, το πρωτότυπο αισθητήρα πίεσης συνδυάζει εύκαμπτα ηλεκτρονικά και κύτταρα μακροπρόθεσμης μνήμης, ο θερμικός αισθητήρας συνδυάζει τις δυνατότητες των επικαλύψεων και της μνήμης, ενώ ο αισθητήρας πόνου συνδυάζει και τις τρεις τεχνολογίες.

Όπως είπε ο διδακτορικός Αταούρ Ραχμάν, τα κύτταρα μνήμης στο κάθε πρωτότυπο ήταν υπεύθυνα για την πρόκληση αντίδρασης όταν η πίεση, η θερμότητα ή ο πόνος έφταναν σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο. «Στην ουσία δημιουργήσαμε τους πρώτους ηλεκτρονικούς σωματοαισθητήρες- αναπαράγοντας τα χαρακτηριστικά- κλειδιά του πολύπλοκου συστήματος νευρώνων, νευρικών οδών και υποδοχέων που καθοδηγούν την αντίληψη ερεθισμάτων μας» είπε. «Αν και κάποιες υπάρχουσες τεχνολογίες έχουν χρησιμοποιήσει ηλεκτρικά σήματα για να μιμηθούν διαφορετικά επίπεδα πόνου, αυτές οι νέες συσκευές μπορούν να αντιδράσουν σε πραγματική μηχανική πίεση, θερμοκρασία και πόνο, και να παρέχουν τη σωστή ηλεκτρονική αντίδραση. Σημαίνει πως το τεχνητό μας δέρμα γνωρίζει τη διαφορά μεταξύ του απαλού αγγίγματος μιας βελόνας με το δάκτυλο ή ενός κατά λάθος τσιμπήματος με αυτήν- μια κρίσιμη διάκριση που δεν είχε ποτέ ξανά επιτευχθεί ηλεκτρονικά».

Πηγές: ‘Artificial Somatosensors: Feedback receptors for electronic skins’ - https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2020/sep/electronic-skin - https://www.naftemporiki.gr/story/1634103/ilektroniko-derma-pou-antidra-ston-pono-san-to-anthropino