Ein Forschungsteam hat elektronische künstliche Haut entwickelt, die wie echte Haut auf Schmerzen reagiert und den Weg für eine bessere Prothetik, eine intelligentere Robotik und nicht-invasive Alternativen zu Hauttransplantaten ebnet.
Der von einem Team der RMIT University in Melbourne, Australien, entwickelte Prototyp kann die Art und Weise, wie menschliche Haut Schmerzen wahrnimmt, mit einer elektronischen Haut nachbilden. Das Gerät ahmt die nahezu sofortige Rückkopplungsreaktion des Körpers nach und kann auf schmerzhafte Empfindungen reagieren, sobald Nervensignale zum Gehirn gelangen.
Der leitende Forscher, Professor Madhu BhaskaranDer schmerzempfindliche Prototyp stellt einen bedeutenden Fortschritt in Richtung biomedizinischer Technologien der nächsten Generation und intelligenter Robotik dar.
Die Haut ist das größte Sinnesorgan in unserem Körper, mit komplexen Merkmalen, die blitzschnelle Signale senden, wenn etwas weh tut. Bisher war keine elektronische Technologie in der Lage gewesen, das menschliche Schmerzempfinden realistisch nachzuahmen.
Madhu Bhaskaran, Co-Leiter der Gruppe Functional Materials and Microsystems am RMIT
Wie die menschliche Haut funktioniert
Wir spüren die ganze Zeit Empfindungen durch unsere Haut, aber unsere Schmerzreaktion manifestiert sich erst an einem bestimmten Punkt (etwa wenn wir etwas zu Heißes oder zu Scharfes berühren). Die am RMIT entwickelte elektronische Haut reagiert sofort, wenn Druck, Hitze oder Kälte eine bestimmte Schwelle erreichen. Es ist ein grundlegender Schritt in der zukünftigen Entwicklung hochentwickelter Rückkopplungssysteme, dass wir wirklich intelligente Prothesen und intelligente Robotik liefern müssen.
Funktionserkennungsprototypen
Neben "elektronischer Haut", dem eigentlichen schmerzempfindlichen Prototyp, hat das Forscherteam auch Geräte entwickelt, die erweiterbare Elektronik verwenden, die Temperatur- und Druckänderungen erkennen und darauf reagieren können. Bhaskaran sagte, dass die drei funktionellen Prototypen entworfen wurden, um Schlüsselmerkmale der menschlichen Hauterkennungsfähigkeit in elektronischer Form bereitzustellen.
Mit der weiteren Entwicklung könnte dehnbare künstliche Haut auch eine zukünftige Option für nicht-invasive Hauttransplantationen sein, bei denen der traditionelle Ansatz nicht praktikabel ist oder nicht funktioniert.
„Wir brauchen weitere Entwicklungen, um diese Technologie in biomedizinische Anwendungen zu integrieren. Die Grundlagen (Biokompatibilität und hautähnliche Elastizität) sind bereits vorhanden “, sagte Bhaskaran.
Wie elektronische Haut funktioniert
Die neue Forschung, Veröffentlicht auf Fortschrittliche intelligente Systeme Als vorläufiges Patent angemeldet, kombiniert es drei Technologien, die zuvor vom Team getestet und patentiert wurden:
- Erweiterbare Elektronik. Es kombiniert Oxidmaterialien mit biokompatiblem Silizium, um eine transparente, unzerbrechliche und tragbare Elektronik zu erhalten, die so dünn wie ein Aufkleber ist.
- Thermoreaktive Beschichtungen. Selbstmodifizierende Beschichtungen sind 1.000-mal dünner als ein menschliches Haar, basierend auf einem Material, das sich als Reaktion auf Hitze umwandelt.
- Gedächtnis, das das Gehirn nachahmt. Elektronische Speicherzellen, die die Art und Weise nachahmen, wie das Gehirn das Langzeitgedächtnis verwendet, um frühere Informationen abzurufen und zu speichern.
Der Drucksensor-Prototyp kombiniert erweiterbare Elektronik und Langzeitgedächtniszellen. Der Wärmesensor vereint temperaturreaktive Beschichtungen und Speicher. Der Schmerzsensor integriert alle drei Technologien.
Doktorand Md Ataur Rahman Er erklärte, dass die Gedächtniszellen in jedem Prototyp der Faktoren, aus denen die elektronische Haut besteht, für die Aktivierung einer Reaktion verantwortlich sind, wenn Druck, Hitze oder Schmerz eine vorgegebene Schwelle erreicht haben.
Wir haben im Wesentlichen die ersten elektronischen Somatosensoren entwickelt. Wir haben Schlüsselmerkmale des komplexen Systems von Neuronen, Nervenbahnen und Rezeptoren des Körpers nachgebildet, die unsere Wahrnehmung sensorischer Reize steuern
Ataur Rahman, MRIT
Bestehende Technologien verwendeten elektrische Signale, um verschiedene Schmerzniveaus nachzuahmen. Diese neue elektronische Haut kann auf realen mechanischen Druck, Temperatur und Schmerzen reagieren und die richtige Reaktion liefern. Es ist ein großer Sprung nach vorne. Dies bedeutet, dass die elektronische Haut den Unterschied zwischen dem sanften Berühren einer Nadel mit dem Finger oder dem versehentlichen Stechen kennt. Eine grundlegende Unterscheidung, die noch nie elektronisch erreicht worden war.
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"Künstliche Somatosensoren: Rückkopplungsrezeptoren für elektronische Haut". Veröffentlicht auf Fortschrittliche intelligente Systeme (DOI: 10.1002/aisy.202000094).
