Vitenskap

Ny 'e-skin' gir berøringssans til protesehender

Forskere har utviklet en elektronisk hud som er i stand til å integreres i robotikk, og brukes til å lage protetiske lemmer.

Lemmerproteser, elektronisk hud, Johns Hopkins University, robothender, kontrollmekanismer, protesedesign, hjerneaktivitet, nervøs stimulering, nevroreseptorerLaget av stoff og gummi snøret med sensorer for å etterligne nerveender, gjenskaper e-dermis en følelse av berøring så vel som smerte ved å føle stimuli og sende impulsene tilbake til de perifere nervene. (Bildekilde: Johns Hopkins University)

Forskere har laget en elektronisk hud som kan gi en følelse av berøring til proteser eller robotlemmer, slik at amputerte kan gjenvinne følelsen. Laget av stoff og gummi snøret med sensorer for å etterligne nerveender, gjenskaper e-dermis en følelse av berøring så vel som smerte ved å føle stimuli og sende impulsene tilbake til de perifere nervene.

Vi har laget en sensor som går over fingertuppene til en håndprotese og fungerer som din egen hud ville gjort, sa Luke Osborn, en doktorgradsstudent ved Johns Hopkins University i USA. Det er inspirert av det som skjer i menneskelig biologi, med reseptorer for både berøring og smerte, sa Osborn. Vi kan ha en håndprotese som allerede er på markedet og tilpasse den med en e-dermis som kan fortelle brukeren om han eller hun plukker opp noe som er rundt eller om det har skarpe spisser, sa han.

Arbeidet – publisert i tidsskriftet Science Robotics – viser at det er mulig å gjenopprette en rekke naturlige, berøringsbaserte følelser til amputerte som bruker proteser. Evnen til å oppdage smerte kan være nyttig, for eksempel, ikke bare i protesehender, men også i underekstremitetsproteser, og varsle brukeren om potensiell skade på enheten. Menneskelig hud inneholder et komplekst nettverk av reseptorer som overfører en rekke sensasjoner til hjernen. Nettverket ga en biologisk mal for forskerteamet.



Å bringe et mer menneskelig preg på moderne protesedesign er avgjørende, spesielt når det gjelder å inkludere evnen til å føle smerte, sa Osborn. Smerte er selvfølgelig ubehagelig, men det er også en viktig, beskyttende berøringssans som mangler i protesene som for øyeblikket er tilgjengelige for amputerte, sa han. Fremskritt innen protesedesign og kontrollmekanismer kan hjelpe en amputerts evne til å gjenvinne tapt funksjon, men de mangler ofte meningsfull, taktil tilbakemelding eller persepsjon, sa han.

Det er der e-dermis kommer inn, og formidler informasjon til den amputerte ved å stimulere perifere nerver i armen, noe som får det såkalte fantomlemmet til å komme til live. E-dermis-enheten gjør dette ved å elektrisk stimulere den amputertes nerver på en ikke-invasiv måte, gjennom huden, sa Nitish Thakor, professor ved Johns Hopkins. For første gang kan en protese gi en rekke oppfatninger, fra fin berøring til skadelig til en amputert, noe som gjør den mer som en menneskelig hånd, sa Thakor.
Inspirert av menneskelig biologi, lar e-dermis brukeren føle et kontinuerlig spekter av taktile oppfatninger, fra lett berøring til skadelig eller smertefull stimulans.

Lemmerproteser, elektronisk hud, Johns Hopkins University, robothender, kontrollmekanismer, protesedesign, hjerneaktivitet, nervøs stimulering, nevroreseptorerTeamet skapte en nevromorf modell som etterligner berørings- og smertereseptorene i det menneskelige nervesystemet, slik at e-dermis kan kode sensasjoner elektronisk på samme måte som reseptorene i huden ville gjort. (Bildekilde: Johns Hopkins University)

Teamet skapte en nevromorf modell som etterligner berørings- og smertereseptorene i det menneskelige nervesystemet, slik at e-dermis kan kode sensasjoner elektronisk på samme måte som reseptorene i huden ville gjort. Ved å spore hjerneaktivitet via elektroencefalografi, eller EEG, bestemte teamet at testpersonen var i stand til å oppfatte disse følelsene i fantomhånden. Forskerne koblet deretter e-dermis-utgangen til den frivillige ved å bruke en ikke-invasiv metode kjent som transkutan elektrisk nervestimulering, eller TENS.

I en smertedeteksjonsoppgave bestemte teamet at testpersonen og protesen var i stand til å oppleve en naturlig, refleksiv reaksjon på både smerte ved berøring av en spiss gjenstand og ikke-smerte ved berøring av en rund gjenstand. E-dermis er ikke følsom for temperatur - for denne studien fokuserte teamet på å oppdage objektets krumning (for berørings- og formoppfatning) og skarphet (for smerteoppfatning). E-dermis-teknologien kan brukes til å gjøre robotsystemer mer menneskelige, og den kan også brukes til å utvide eller utvide til astronauthansker og romdrakter, sa Osborn.