Біль може бути не бажаним, але він необхідний для виживання. Ефективний та складний захисний механізм, біль - це спосіб нашого тіла повідомити нам, що щось не так, і що ми повинні негайно вжити заходів, щоб уникнути травм.
Шкіра - найбільший орган тіла - постійно контролює біль. Це може автоматично спровокувати дії уникнення болю за допомогою рефлексів, наприклад, коли ми торкаємося до чогось небезпечного, гарячого. Зараз дослідники з університету RMIT в Мельбурні, Австралія, створили штучну шкіру, яка імітує цей механізм і реагує на больові подразники.
Виготовлена із силіконового каучуку, вона має текстуру справжньої шкіри, а також "дуже схожа на шкіру за своїми механічними властивостями", говорить Мадху Баскаран, професор інженерії з університету RMIT та провідний дослідник проєкту. Це може призвести до новаторських розробок у протезуванні та робототехніці.
Шкіра, яка виготовлена з силіконового каучуку, який також використовується в деяких типах контактних лінз.
Швидка реакція
Як і справжня шкіра, штучна версія призначена реагувати, коли тиск, нагрівання або холод перевищують больовий поріг. Його зовнішні шари - сендвіч-електронні схеми, всіяні датчиками, які реагують на подразники.
Розумне протезування
Пітер Кіберд, професор інженерної справи в Університеті Портсмута, який створив першу у світі протезовану кінцівку під контролем мікропроцесора в 1998 році, каже, що вважає роботу цікавою:
"Викликає захват, як у нашому тілі все працює, посилаючи електричні сигнали в центральну нервову систему", - говорить Баскаран. Електронні схеми працюють подібним чином і такі ж швидкі, пояснює дослідниця.
Коли ми торкаємося до чогось пекучо-гарячого, больові рецептори в нашій шкірі посилають електричний сигнал через наші нерви до мозку. Мозок надсилає власний електричний сигнал для ініціювання реакції - наприклад, рефлекс відведення, щоб відвести уражену кінцівку від джерела тепла.
Приблизно так само, коли один із датчиків на штучній шкірі виявляє больовий подразник, він посилає електричний сигнал до ділянок структури, що імітують мозок, каже Бхаскаран. Це може бути запрограмоване для ініціювання руху.
Як і справжня шкіра, штучна також розтягується.
Розумне протезування
Штучна шкіра може допомогти створити розумне протезування: вкриваючи функціональною шкірою, яка реагує на біль, наприклад, людські кінцівки, користувач набуває здатність відчувати, чи торкаються вони чогось, що може завдати шкоди.
"Ми пройшли довгий шлях із протезуванням, але основна увага зосереджена на рухових діях, які може виконувати протезована кінцівка", - говорить Баскаран. Оскільки звичайні штучні кінцівки не мають шкіри, вони не відчувають зовнішньої небезпеки. "Наявність шкірного шару зробило б протез набагато реалістичнішим", - каже вчена.
Стів Коллінз, експерт з протезів та екзоскелетів зі Стенфордського університету в США, який не бере участі в проєкті, погоджується:
"Коли людина втрачає частину кінцівки під час ампутації, вона втрачає не тільки кістки та м'язи, але й сомато-сенсорні органи ", - говорить він, маючи на увазі органи, які забезпечують відчуття, такі як тепло або тиск. Попри те, що структурі та рухам приділяється велика увага при розробці протезів, зондування може бути ключем до досягнення людських характеристик на штучних кінцівках, каже він.
I-Limb, розроблений у Британії компанією Touch Bionic, це перший у світі комерційний біонічний пристрій, який вийшов на ринок у 2007 році. Він пропонує вдосконалену мобільність, але не має можливості виявити тактильну небезпеку.
Пітер Кіберд, професор інженерної справи в Університеті Портсмута, який створив першу у світі протезовану кінцівку під контролем мікропроцесора в 1998 році, каже, що вважає роботу цікавою:
"Більшість спроб надати зворотний зв'язок із протезами користувачеві не призвели до будь-яких поліпшень щодо функціонування у щоденному використанні ", - говорить він. Велика частина проблеми полягає в тому, що "тип і якість сигналів зворотного зв'язку дуже низькі", пояснює професор, додаючи, що попереду довгий шлях до того, як шкіру зможуть регулярно використовувати під час виготовлення протезів.
Штучна шкіра також може бути використана для трансплантації шкіри, каже Бхаскаран. Штучний трансплантат може бути тимчасовим заходом, який врешті-решт заміниться справжньою шкірою, або може бути застосований як постійний трансплантат, коли використання справжньої шкіри неможливо. Шкіру також можна використовувати для створення розумних хірургічних рукавичок - замінюючи чутливість, яка зазвичай втрачається при носінні елементів одягу для рук.
Найбільш перспективним з усіх застосувань є робототехніка, де штучна шкіра, що відчуває біль, не тільки забезпечить реалістичну функціональність, але і надасть потенційному гуманоїдному роботові здатність відчувати біль - цікавий крок не лише в технологічному, а й у філософському плані.
Бхаскаран каже, що ідея має потенціал, але вона зосереджується на більш безпосередніх цілях:
"Наразі нам потрібно тісно співпрацювати з біомедичними дослідниками, щоб побачити, які ми маємо першочергові завдання, яким повинен бути наш наступний крок. Мета - зробити штучну шкіру ще більш реалістичною та інтегрувати це в реальні програми".
за матеріалами CNN
