Kami Satu Langkah Lebih Dekat Untuk Mencipta Kulit Buatan Dengan Perasaan Sentuhan

George Dvorsky 11/27/2017. 11 comments
Futurism Assistive Devices Prosthetics Artificial Skin Biotechnology Biology Science Neuroscience

Prosthetik canggih adalah menakjubkan, tetapi mereka tidak mempunyai satu ciri yang sangat penting: rasa sentuhan. Sekarang pasukan penyelidikan dari Stanford University telah mengembangkan kulit tiruan yang dapat mengesan kekuatan yang dilakukan oleh objek-dan kemudian menghantar isyarat deria ke sel-sel otak.

Maklum balas deria yang tidak mencukupi adalah batasan serius anggota prostetik semasa, sama ada mereka adalah tangan tiruan, lengan, atau kaki. Pengguna perlu dapat merasakan bagaimana objek bertindak balas terhadap sentuhan mereka untuk mempunyai kawalan motor yang optimum. Jika tidak, sukar untuk mengetahui berapa banyak daya yang dikenakan pada sesuatu objek, atau perkara-perkara seperti suhu dan tekstur. Lebih-lebih lagi, rasa sentuhan atau pun ilusi-boleh meredakan kesakitan hantu hantu, yang menjejaskan 80% amputees.

Kami masih jauh cara untuk membuat kulit buatan yang merasakan dan bertindak balas dengan cara yang sama seperti kulit semula jadi, tetapi pasukan Stanford, yang diketuai oleh jurutera elektrik Benjamin Tee , baru-baru ini melakukan percubaan bukti konsep yang mengambil Kami mempunyai langkah yang lebih dekat.

Kulit regal dengan mekaniseceptor tiruan yang fleksibel (Kredit: Bao Research Group / Universiti Stanford

Dengan menggunakan litar organik yang fleksibel dan penderia tekanan baru yang inovatif, pasukan Tee mengembangkan sejenis kulit tiruan yang dapat merasakan daya objek statik. Terlebih lagi, data sensori ini kemudiannya dihantar ke kultur, iaitu in vitro , sel-sel otak tikus menggunakan teknologi optogenetik. Mereka telah menerbitkan hasil kerja mereka dalam jurnal Science .

Tiny Pyramids of Touch

Sistem yang dipanggil DiTact (Digital Tactile System), berdasarkan kuasa rendah, litar transistor organik yang fleksibel yang mengubah perasaan tekanan ke dalam jenis yang sama dari sinyal yang dijana secara semulajadi oleh mekanoreceptor kulit semula jadi. Isyarat-isyarat ini kemudiannya ditukar kepada satu siri denyutan voltan.

Sistem DiTact (Kredit: Tee et al., 2015 / Sains)

Untuk mendapatkan sensor untuk merakam pelbagai tekanan dinamik yang luas, penyelidik menggunakan nanotube karbon yang dibentuk menjadi struktur piramidal.

"Sensor kami dibuat daripada piramid kecil getah dengan nanotube karbon yang diagihkan di dalamnya," kata pengarang bersama Alex Chortos dalam e-mel kepada Gizmodo. "Struktur ini sangat berguna kerana ia membolehkan kita dengan mudah mengubah beberapa perkara, seperti jarak antara piramid, saiz piramid, dan kepekatan nanotub karbon untuk mendapatkan ciri-ciri tekanan penderiaan yang ideal dalam julat yang betul. "

Struktur mikro ini dibenarkan untuk penyelidik untuk memaksimumkan sensitiviti sensor dengan cara yang mendekati sensitiviti reseptor kutaneus kulit semulajadi.

Transferring Signals

Dengan sendirinya, isyarat ini tidak melakukan apa-apa. Agar mereka berpengalaman sebagai maklum balas deria, mereka perlu dihantar ke otak. Untuk itu, para penyelidik mengambil isyarat ini, yang berkisar antara 0 hingga 200 hertz, dan menghantarnya melalui gentian optik ke neuron neuron kortikal. DiTact masih dalam peringkat awal pembangunan, jadi para penyelidik menyampaikan isyarat kepada sel-sel berbudaya in vitro , dan bukannya otak tikus hidup.

Sistem DiTact (Kredit: Tee et al., 2015 / Sains)

Teknik ini, yang disebut sebagai optogenetics, boleh digunakan pada subjek langsung. Melalui proses ini, neuron dirangsang untuk menembak atau menghentikan tembakan oleh neuron kejuruteraan genetik yang bertindak balas terhadap cahaya. Transgene dari alga membuat neuron terbakar apabila mereka terdedah kepada cahaya biru, dan transgene bakteria menyebabkan mereka bertindak balas terhadap cahaya kuning.

Tetapi bagi eksperimen ini, penyelidik terpaksa menggunakan penyelesaian optogenetik alternatif untuk mengambil kira kadar pesat di mana maklumat sensori diproses oleh neuron.

"Penyokong mekanik biologi dapat menghasilkan isyarat secepat beberapa ratus puluhan elektrik sesaat," kata Chortos. "Teknologi optogenetik terdahulu hanya mampu menstimulasi sel-sel otak lebih perlahan daripada kita perlu meniru mekaniseceptor sebenar."

Chortos menunjuk kepada kerja-kerja Andre Berndt dan Karl Deisseroth yang membangunkan jenis rawatan optogenetik yang baru yang membolehkan sel-sel otak dirangsang dengan sangat pantas supaya mereka serasi dengan kelajuan mekaniseceptor sebenar.

Pasukan penyelidikan Tee menunjukkan bahawa protein optogenetik baru dapat menampung jangka panjang rangsangan, yang merupakan petunjuk kuat bahawa sistem mungkin bersesuaian dengan neuron pantas lain-termasuk saraf periferal. Dalam erti kata lain, DiTact mungkin akan bekerja dalam tikus hidup, dan mungkin manusia. Dan sememangnya para penyelidik memberitahu Gizmodo bahawa langkah seterusnya dalam penyelidikan mereka akan menggunakan sensor mereka untuk merangsang saraf tikus hidup.

From Science Fiction to Reality
From Science Fiction to Reality

Memandangkan isyarat itu dihantar ke rumpun sel dalam hidangan petri dan bukan haiwan hidup, bagaimana mereka dapat memastikan isyarat mereka adalah sifat dan keamatan yang betul?

"Kami dapat mengesahkan bahawa sensor kami menyampaikan maklumat yang betul kepada haiwan [hidup] dengan menggunakan isyarat perilaku, iaitu bagaimana haiwan berkelakuan sebagai tindak balas terhadap tekanan," kata Chortos. "Ujian muktamad adalah untuk melampirkan sensor kepada manusia dan bertanya kepada mereka apa yang mereka rasa. Untuk mendapatkan sentuhan sensitif semulajadi, kita mungkin perlu mengubah dan tweak reka bentuk kami. "

Sesungguhnya matlamat utama adalah untuk memperkenalkan prostetik manusia dengan kulit buatan sensitif sentuhan.

"Kami membayangkan mekanisme penghantar tiruan kami yang membuat impak terbesar melalui integrasi untuk maklum balas deria dengan sistem prostetik dalam pembangunan oleh kumpulan lain," kata pengarang bersama Amanda Nguyen. "Oleh kerana sensor kami akan dipasang bersama sistem anggota buatan, kebimbangan keselamatan utama berpusat di sekitar corak rangsangan syaraf dan antara muka."

Nguyen mengatakan bahawa kerja awal yang melibatkan maklum balas deria dengan neuroprosthetics pada manusia telah menjanjikan, tetapi ada keperluan untuk kajian manusia yang lebih besar dan lebih terlibat untuk memahami cara berkesan dan selamat merangsang saraf untuk memberikan maklum balas deria.

"Memandangkan pemahaman yang lebih baik tentang parameter rangsangan diperoleh, output mekaniseceptor buatan kami akan ditala untuk mengikuti paradigma rangsangan ini," katanya. "Dengan keberkesanan dan keselamatan yang ditunjukkan, potensi peningkatan kualiti hidup bagi individu yang mengalami masalah sentuhan dapat diimbangi dengan kebimbangan etika yang ditimbulkan oleh neuroprosthetics. Kebolehcapaian teknologi ini pada manusia akan berkembang kerana kedua-dua pemahaman kita tentang neurosains berkembang dan kemajuan teknologi prostetik untuk memberikan persepsi deria yang dinamik. "

Malah, jalan penyelidikan ini akan menjadi lebih selamat dan kurang etika dari masa ke masa. Untuk optogenetik untuk berfungsi dengan baik dan selamat pada manusia, sebagai contoh, para penyelidik perlu mencari cara untuk mendapatkan optogenetik untuk bekerja tanpa menggunakan kabel serat optik invasif dan penghantaran virus transgenes kepada pesakit.

Menurut Polina Anikeeva, seorang profesor Sains dan Kejuruteraan Bahan di MIT, ia mungkin akan menjadi mungkin untuk menggunakan sel stem dari pesakit dan membolehkan sensitiviti mereka kepada gelombang cahaya tertentu melalui manipulasi genetik di luar tubuh. Dia memberitahu Gizmodo bahawa sel-sel ini kemudiannya boleh diperkenalkan semula ke dalam saraf periferal pesakit yang membolehkannya menjadi stimulasi optik. Tiada wayar, tiada trans-gen yang meragukan secara etika. Anikeeva berkata ia mungkin juga boleh menggunakan rangsangan saraf untuk meningkatkan keupayaan saraf untuk menjana semula dirinya atau bahkan membentuk antara muka intim dengan sensor sintetik.

Cukuplah untuk mengatakan, kita tidak akan melihat jenis teknologi ini selama bertahun-tahun, jika tidak beberapa dekad. Tetapi terima kasih kepada kerja Tee dan pasukannya di Stanford, jalan untuk mencapai matlamat ini semakin semakin jelas.

Bacalah keseluruhan kajian di Science : " Sebuah mekanoreceptor digital organik yang diilhamkan oleh kulit ".


E-mel pengarang di george@gizmodo.com dan ikuti dia di @dvorsky . Imej atas oleh Bao Research Group, Universiti Stanford

HighResolutionMusic.com - Download Hi-Res Songs

1 Martin Garrix

Yottabyte flac

Martin Garrix. 2018. Writer: Martin Garrix.
2 Dyro

Latency flac

Dyro. 2018. Writer: Martin Garrix;Dyro.
3 Martin Garrix

Access flac

Martin Garrix. 2018. Writer: Martin Garrix.
4 Alan Walker

Diamond Heart flac

Alan Walker. 2018. Writer: Alan Walker;Sophia Somajo;Mood Melodies;James Njie;Thomas Troelsen;Kristoffer Haugan;Edvard Normann;Anders Froen;Gunnar Greve;Yann Bargain;Victor Verpillat;Fredrik Borch Olsen.
5 Sia

I'm Still Here flac

Sia. 2018. Writer: Sia.
6 Bradley Cooper

Shallow flac

Bradley Cooper. 2018. Writer: Andrew Wyatt;Anthony Rossomando;Mark Ronson;Lady Gaga.
7 Cardi B

Taki Taki flac

Cardi B. 2018. Writer: Bava;Juan Vasquez;Vicente Saavedra;Jordan Thorpe;DJ Snake;Ozuna;Cardi B;Selena Gomez.
8 Blinders

Breach (Walk Alone) flac

Blinders. 2018. Writer: Dewain Whitmore;Ilsey Juber;Blinders;Martin Garrix.
9 Halsey

Without Me flac

Halsey. 2018. Writer: Halsey;Delacey;Louis Bell;Amy Allen;Justin Timberlake;Timbaland;Scott Storch.
10 Lady Gaga

I'll Never Love Again flac

Lady Gaga. 2018. Writer: Benjamin Rice;Lady Gaga.
11 Mako

Rise flac

Mako. 2018. Writer: Riot Music Team;Mako;Justin Tranter.
12 Kelsea Ballerini

This Feeling flac

Kelsea Ballerini. 2018. Writer: Andrew Taggart;Alex Pall;Emily Warren.
13 Dewain Whitmore

Burn Out flac

Dewain Whitmore. 2018. Writer: Dewain Whitmore;Ilsey Juber;Emilio Behr;Martijn Garritsen.
14 Avril Lavigne

Head Above Water flac

Avril Lavigne. 2018. Writer: Stephan Moccio;Travis Clark;Avril Lavigne.
15 Lady Gaga

Look What I Found flac

Lady Gaga. 2018. Writer: DJ White Shadow;Nick Monson;Mark Nilan Jr;Lady Gaga.
16 Billie Eilish

When The Party's Over flac

Billie Eilish. 2018. Writer: Billie Eilish;FINNEAS.
17 Bradley Cooper

Always Remember Us This Way flac

Bradley Cooper. 2018. Writer: Lady Gaga;Dave Cobb.
18 Rita Ora

Let You Love Me flac

Rita Ora. 2018. Writer: Rita Ora.
19 Diplo

Electricity flac

Diplo. 2018. Writer: Diplo;Mark Ronson;Picard Brothers;Wynter Gordon;Romy Madley Croft;Florence Welch.
20 Charli XCX

1999 flac

Charli XCX. 2018. Writer: Charli XCX;Troye Sivan;Leland;Oscar Holter;Noonie Bao.

11 Comments

synthozoic
Menebrio
Keyan Reid
FM
Hotscot
Admiral Asskicker

Suggested posts

Other George Dvorsky's posts

Language