Dokunuş Duygusu ile Yapay Ciltler Oluşturmak İçin Daha Yakından Bir Adım konum

George Dvorsky 11/16/2017. 11 comments
Futurism Assistive Devices Prosthetics Artificial Skin Biotechnology Biology Science Neuroscience

Kesici kenarlı protezler şaşırtıcı fakat çok önemli bir özelliği yok - dokunuş hissi. Artık Stanford Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi nesneler tarafından uygulanan kuvveti hissedebilen yapay ciltler geliştirdi ve daha sonra bu duyu sinyallerini beyin hücrelerine iletti.

Yetersiz duysal geri bildirim, yapay eller, kollar veya bacaklar olsun, mevcut protez kollarının ciddi bir kısıtlılığıdır. Kullanıcılar, en uygun motor kontrolü için bir nesnenin dokunmasına nasıl tepki verdiğini hissedebilmelidir. Aksi takdirde, bir nesneye ne kadar kuvvet uygulandığını bilmek ya da sıcaklık ve doku gibi şeyleri hissetmek zor. Dahası, dokunma hissi-hatta onun illüzyonu- fantom ekstremite ağrısını hafifletebilir ve ampute bağlı kalanların% 80'ini etkiler.

Cildin yaptığı gibi hissedecek ve tepki verecek yapay deri oluşturmaktan hala uzaktayız, ancak elektrik mühendisi Benjamin Tee liderliğindeki Stanford ekibi kısa süre önce bir konsept kanıtı denemesi gerçekleştirdi. bize önemli bir adım daha yaklaştı.

Esnek yapay mekanoreseptörlü gerilebilir cilt (Kredi: Bao Research Group / Stanford University

Esnek organik devreler ve yenilikçi bir basınç sensörü kullanarak, Tee ekibi statik cisimlerin kuvvetini algılayan bir çeşit yapay cilt geliştirdi. Dahası, bu duyusal veriler daha sonra optogenetik teknolojiyi kullanan farelerin beyindeki kültürel hücrelere, yani in vitro iletildi. Çalışmalarının sonuçlarını Science dergisinde yayınlamışlardı.

Tiny Pyramids of Touch

DiTact (Dijital Dokunma Sistemi) adı verilen sistem, doğal cilt mekanoreseptörleri tarafından doğal olarak üretilen aynı tür sinyallerin basıncını değiştiren düşük güçlü, esnek bir organik transistor devresine dayanıyor. Bu sinyaller sırayla bir dizi gerilim darbesine dönüştürüldü.

DiTact Sistemi (Kredi: Tee ve diğerleri, 2015 / Science)

Sensörleri geniş dinamik basınç aralığını kaydetmek için, araştırmacılar piramidal yapılara kalıplanmış karbon nanotüpler kullandı.

Yazar ortak yazarı Alex Chortos, Gizmodo'ya gönderdiği bir e-postada "Algılayıcı karbon nanotüpleri dağıtılan kauçuk piramitlerden yapılmış" dedi. "Bu yapı çok faydalıydı, çünkü doğru aralıkta ideal basınç algılama özelliklerini elde etmek için piramitlerin arasındaki mesafe, piramitlerin boyutu ve karbon nanotüp konsantrasyonu gibi birkaç şeyi kolayca değiştirmemize izin verildi. ”

Bu mikroyapılar, araştırmacılara, doğal cildin kutanöz reseptörlerinin duyarlılığına çok yakın bir şekilde sensörlerin hassasiyetini en üst düzeye çıkarmak için izin verildi.

Transferring Signals

Tek başlarına, bu sinyaller bir şey yapmaz. Onların duyusal geribildirim olarak deneyimlenmeleri için bir beyne aktarılmaları gerekir. Bu amaçla, araştırmacılar 0 ila 200 hertz arasında değişen bu sinyalleri aldılar ve optik fiberler aracılığıyla farelerin kortikal nöronlarına ilettiler. DiTact hala gelişimin erken bir safhasındadır, bu yüzden araştırmacılar sinyalleri canlı hücrelerin beyinlerine değil, kültür hücrelerine in vitro ilettiler.

DiTact Sistemi (Kredi: Tee ve diğerleri, 2015 / Science)

Optogenetics olarak adlandırılan bu teknik, sonunda canlı konularda kullanılabilir. Bu süreç sayesinde, nöronlar, ışığa tepki veren genetik olarak mühendislik yapan nöronlar tarafından ateşlenmeye veya ateşi kesmeye teşvik edilir. Yosunlardan bir transgen, mavi ışığa maruz kaldıklarında nöronları ateş yapar ve bakteri transgeni sarı ışığa tepki verir.

Ancak bu deney için, araştırmacılar sensör bilgilerin nöronlar tarafından işlendiği hızlı oranı hesaplamak için alternatif bir optogenetik çözüm kullanmak zorundaydı.

Chortos, "Biyolojik mekanik alıcılar saniyede birkaç yüz elektriksel darbe sinyali üretebiliyor" dedi. "Önceki optogenetik teknolojiler sadece beyin hücrelerini gerçek mekanik alıcıları taklit etmemiz gereken kadar yavaşlatabilirdi."

Chortos, gerçek mekanik reseptörlerin hızı ile uyumlu olacak şekilde beyin hücrelerinin hızla uyarılmasına izin veren yeni bir optogenetik tedavi türü geliştiren Andre Berndt ve Karl Deisseroth'un çalışmalarına işaret ediyor.

Tee'nin araştırma ekibi, yeni optogenetik proteinlerin uzun uyarı aralıklarını karşılayabildiğini gösteriyor ki bu, sistemin periferik sinirler de dahil olmak üzere diğer hızlı parlayan sinir hücreleri ile uyumlu olabileceğinin güçlü bir göstergesidir. Başka bir deyişle, DiTact muhtemelen canlı farelerde ve muhtemelen insanlarda çalışacak. Ve araştırmacılar Gizmodo'ya, araştırmalarındaki bir sonraki adımın, canlı farelerin sinirini harekete geçirmek için sensörlerini kullanacaklarını söylediler.

From Science Fiction to Reality
From Science Fiction to Reality

Sinyallerin canlı bir hayvana değil bir petri kabındaki hücrelerin yığınlarına iletildiği göz önüne alındığında, sinyallerinin doğru doğadan ve yoğunluğundan nasıl emin olabildiler?

Chortos, "Sensörümüzün davranış bilgisini kullanarak canlı bir hayvana doğru bilgiyi ilettiğini, yani hayvanların baskıyı nasıl tepki vereceğini doğrulayabiliriz" dedi. "Nihai test sensörü bir insana bağlamak ve onlara ne hissettiklerini soracak. Gerçekten doğal dokunuş algılamayı elde etmek için tasarımımızı değiştirmemiz ve çimdiklememiz gerekebilir. "

Aslında nihai hedef, dokunmaya duyarlı yapay cilt ile insan protezini harekete geçirmektir.

Yazar Amanda Nguyen, "Yapay mekanoreseptörlerimizin, diğer gruplar tarafından geliştirilen protez sistemlerle duyusal geribildirim için entegrasyon yoluyla en büyük etkiyi yarattığını düşünüyoruz" dedi. "Sensörümüz yapay bacak sistemleri ile birlikte monte edileceğinden, birincil güvenlik endişeleri sinir uyarı modelleri ve arayüzü etrafında toplanmıştır."

Nguyen, insanlarda nöroprostetikle duyusal geribildirim içeren erken çalışmaların umut verici olduğunu ancak sinirlerin duyusal geri bildirim sağlamaya yönelik etkin ve güvenli bir şekilde nasıl harekete geçirileceğini anlamaları için daha büyük ve daha çok insan çalışmasına ihtiyaç olduğunu belirtti.

"Uyarıcı parametrelerinin daha iyi anlaşılması sağlandığından, suni mekanikör reseptörümüzün çıktısı bu uyarım paradigmalarını takip edecek şekilde ayarlanacak" dedi. "Gösterilen etkinlik ve emniyetle, dokunsal bozuklukları olan bireylerin yaşam kalitesini yükseltme potansiyeli, nöroprotezitler tarafından ortaya konan etik endişelerle dengelenebilir. İnsanlarda bu tür teknolojilerin erişilebilirliği, hem sinirbilim konusundaki anlayışımızın artması hem de protez teknolojisi ilerledilmiş duyusal algılamalar sağlamak için gelişecektir. "

Gerçekten de, bu araştırma yolu, zamanla daha güvenli ve daha etik açıdan şüpheli hale gelecektir. Örneğin, optogenetiklerin insanlarda düzgün ve güvenli bir şekilde çalışması için, araştırmacılar, invaziv fiber optik kablolara ve transgenlerin viral olarak hastalara verilmesine gerek kalmaksızın optogenetics'in çalışması için bir yol bulmaları gerekecek.

MIT'de Malzeme Bilimi ve Mühendisliği profesörü olan Polina Anikeeva'ya göre, hastanın kök hücrelerini yakında kullanması ve vücudun dışındaki genetik manipülasyon yoluyla belirli bir dalga boyundaki ışığa duyarlılığını sağlamak mümkün olabilir. Gizmodo'ya, bu hücrelerin potansiyel olarak hastanın periferik sinirine yeniden sokulabileceğini ve bu hücrelerin optik olarak uyarılmasına izin verdiğini söyledi. Tel yok, ahlaki açıdan şüpheli trans-gen yok. Anikeeva, sinirin kendini yenileme yeteneğini arttırmak için sinirsel uyarımı kullanmanın veya hatta sentetik sensörlerle samimi arayüzler oluşturmanın mümkün olabileceğini söylüyor.

Söylememiz yeterli, on yıllar olmasa da, bu tür teknolojileri yıllarca görmeyeceğiz. Ancak Stanford'taki Tee ve ekibinin çalışmaları sayesinde bu hedefe ulaşma yolu gittikçe daha net hale geliyor.

Science tüm çalışmayı okuyun: " Cildin esin kaynağı olan organik dijital mekanik alıcı ".


Yazarın george@gizmodo.com adresine e-posta atın ve onu @dvorsky adresinde takip edin . Stanford Üniversitesi'nden Bao Research Group'un en iyi görüntüsü

11 Comments

synthozoic
Menebrio
Keyan Reid
FM
Hotscot
Admiral Asskicker

Suggested posts

Other George Dvorsky's posts

Language