In het afgelopen jaar hebben artsen en ingenieurs veel succes gezien bij het verstrekken van geamputeerden met zeer controleerbare prothetische ledematen. De DEKA 'Luke Arm' geeft de drager bijvoorbeeld precies genoeg controle om met eetstokjes te eten - het is ook de eerste bionische arm die is goedgekeurd door de FDA.
gerelateerde inhoud
- Dit kunstmatige neurale netwerk genereert absurde pickup-lijnen
Maar communicatie met deze kunstmatige ledematen is een soort eenrichtingsverkeer. Gebruikers kunnen de armen, handen en voeten besturen via zorgvuldig ontworpen verbindingen met bestaande zenuwen en spieren, maar ze krijgen geen directe feedback van het kunstledemaat zoals ze door echte huid zouden doen. Dat betekent dat ze misschien niet weten wanneer iets gloeiend heet is, extreem delicaat of op het punt staat uit hun greep te glippen.
Eerder deze week onthulden onderzoekers van Seoul National University en Cambridge, Massachusetts, wearable startup MC10 hun oplossing: een sensor-geladen polymeer ontworpen om te stretchen en aan te voelen als een echte, menselijke huid die prothetische apparaten zou kunnen bedekken en dragers een gevoel van aanraking zou kunnen geven in de toekomst. Het team, geleid door Dae-Hyeong Kim, publiceerde zijn onderzoek in het tijdschrift Nature Communications .
De belangrijkste innovatie hier is flexibiliteit - zowel in termen van fysieke behendigheid als van sensaties. In tegenstelling tot sensoren die in eerdere inspanningen werden gebruikt, kunnen Kim's bewegen en strekken als een huid. Dunne stroken goud en siliconen ingebed in een polymeer, elastomeer genoemd, bedragen maximaal 400 sensoren per vierkante millimeter. De strips zijn geweven tot een rooster, waardoor het materiaal kan uitrekken met minimaal risico op breuk. Een netwerk van rekbare elektroden simuleert zenuwen. Samen kunnen de sensoren temperatuur, vochtigheid, druk en fysieke belasting detecteren.
Niet elk deel van het materiaal rekt echter gelijk, omdat onderzoekers zijn flex wilden matchen met variaties die inherent zijn aan het lichaam. "Sommige delen van de hand strekken zich slechts enkele procent uit, terwijl andere delen meer dan 20 procent strekken", verklaarde Kim aan LiveScience . Tegelijkertijd hebben verschillende delen van het lichaam min of meer flex; de huid over een knie is bijvoorbeeld flexibeler dan die op een hand. Kleine kachels in het polymeer geven het de warmte van de menselijke huid.
Dankzij het geweven ontwerp kan de nieuwe slimme huid buigen zonder te scheuren. (Courtesy Kim, et. Al / Nature Communications) Hoewel het project bemoedigend is, zeggen experts dat het nog lang niet bruikbaar is. "Deze proof-of-concept-demonstratie is interessant, maar er is nog heel wat hard werk nodig om de robuustheid en prestaties te tonen die nodig zijn om dit apparaat te vertalen naar bruikbare prothesehanden", Dustin Tyler, professor in de biomedische technologie aan Case Western Reserve Universiteit die gespecialiseerd is in neurale interfaces, vertelde MIT Technology Review .
In het bijzonder moet het team een manier vinden om de huid te verbinden met het centrale zenuwstelsel van een mens, zodat deze de gewaarwordingen kan ervaren. Het prototype interageert met het zenuwstelsel van een rat via een reeks platina nanodraden die zijn behandeld om ontsteking te voorkomen. Tot nu toe hebben de onderzoekers met succes aangetoond dat de huid de sensorische cortex van een rat kan activeren, maar niet kan zien welke zintuigen worden geactiveerd. Ze moeten vervolgens testen op grotere dieren voordat ze zich wagen aan menselijke proeven.
Kim's werk heeft een conceptuele achterstand op eerdere inspanningen, die over het algemeen één zintuig per keer overbrengen. Vorig jaar konden Tyler en collega's van het Cleveland Veterans Affairs Medical Center bijvoorbeeld de tastzin overbrengen via 20 sensoren in een prothetische hand door het apparaat aan te sluiten op zenuwbundels. En begin dit jaar gebruikten onderzoekers van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie een vergelijkbare methode om een geamputeerde toe te staan de vorm van objecten door aanraking te onderscheiden. Ondertussen heeft een team van de Northwestern University met succes gevoelens van temperatuur en trillingen overgebracht door bestaande spieren als sensorische versterkers te gebruiken.
Kim en zijn team hebben hun ontwerp gepatenteerd, maar ze hebben op dit moment geen tijdlijn voor het vrijgeven van de kunstmatige huid aan het publiek.
