Протезирование может творить чудеса, когда дело доходит до восстановления утраченных функций у людей с ампутированными конечностями. Однако пока крайне непросто воссоздать утраченное осязание. Исследователи из США сообщили, что они нашли способ в один прекрасный день в не слишком отдалённом будущем подарить искусственным рукам и ногам чувство осязания, напоминающее чувства реальных конечностей.

Протезирование может творить чудеса, когда дело доходит до восстановления утраченных функций у людей с ампутированными конечностями.

Однако пока крайне непросто воссоздать утраченное осязание.

Исследователи из США сообщили, что

они нашли способ в один прекрасный день в не слишком отдалённом будущем подарить искусственным рукам и ногам чувство осязания, напоминающее чувства реальных конечностей.

Используя двухслойный гибкий тонкий пластик, специалисты создали электронные датчики, которые посылали сигналы в мозговую ткань мышей. Причём они имитировали нервные сообщения, генерируемые чувствительными клетками при прикосновении к коже.

Рис. 1. На этой картинке видны датчики на кончиках пальцев.

Над созданием осязающих протезов несколько групп учёных трудятся уже не первый год. Эти достижения позволили восстановить элементарное осязание, однако электронные датчики и посылаемые ими сигналы не похожи на естественные. Когда настоящие механорецепторы чувствуют давление, они «выстреливают» потоком нервных импульсов, и чем больше давление, тем выше частота импульсов. Однако предыдущие датчики представляли собой аналоговые устройства, при которых большее давление производит более сильный электрический сигнал, а не учащает поток импульсов.

Электрические сигналы затем направлялись в другую обрабатывающую микросхему, в которой интенсивность сигналов преобразовывалась в цифровой поток импульсов, который только после этого преобразования отправлялся к периферическим нервам или мозговой ткани.

Инженер-химик из Стэнфордского университета Чжэньань Бао (Zhenan Bao) вдохновлялась исследованиями естественных механорецепторов и создала датчики, которые передают большие массивы цифровых сигналов напрямую.

Группа Бао создала первые прототипы датчиков 5 лет назад из крошечных прорезиненных структур, содержащих токопроводящие углеродные нанотрубки и похожих на маленькие пирамидки. С тех пор учёные совершенствуют своё детище. Когда нет давления, резина (диэлектрик) предотвращает течение тока между электродами из углеродных нанотрубок. Однако под давлением пирамидки деформируются, проводящие нанотрубки смыкаются, и образуется путь для прохождения тока. Когда давление снимается, все конструкции возвращаются к своей первоначальной форме.

Рис. 2. Датчики не деформируются, если их сгибать или растягивать.

Для своей текущей работы Бао и её коллеги создали структуры в виде перевёрнутых пирамид и подогнали их размер таким образом, чтобы те оказались чувствительными к широкому диапазону давлений — от лёгкого прикосновения до крепкого рукопожатия.

Рис. 3. Датчики не деформируются, если их сгибать или растягивать.

Чем сильнее давление, те больше сжимается пирамидка, образуя большую площадь контакта, через которую, соответственно, проходит большее «количество» тока.

Рис. 4. Ученые планируют использовать датчики, чтобы наделить протезы осязанием.

Инженеры также изменили положение электродов и добавили ещё один слой гибких электронных устройств – кольцевых осцилляторов (ring oscillator), которые преобразуют электрические силы, возникающие в чувствительных к прикосновению пирамидках, в поток цифровых электрических импульсов. Чем больше давление и больше ток, тем выше частота генерируемых «сообщений».