Как заставить протез передавать ощущения: электронная кожа
До середины XX века в мире было не так много людей с протезами. Это было связано преимущественно с уровнем медицины прошлого: протезы часто представляли собой громоздкие конструкции из дерева, которые лишь едва соответствовали своим «живым» аналогам. Однако сегодня в распоряжении человечества есть современные технологии, благодаря которым легкие и удобные протезы можно контролировать с помощью мозга и подгонять под индивидуального пациента.
Тем не менее, прогресс не стоит на месте, и даже самые продвинутые протезы можно подвергнуть качественному улучшению. Увы, несмотря на возможности контроля, современные протезы все еще не позволяют пользователю ощущать окружающий мир — он не может почувствовать ни текстуру материала, ни его температуру. Исследователи из Университета Джона Хопкинса решили исправить эту проблему и создали специальную электронную кожу E-dermis. Подобные разработки сейчас ведут множество научных учреждений, однако уникальность новой кожи заключается в том, что она предназначена для использования именно в тандеме с протезом, что позволит восстановить тактильные ощущения. Исследователи опубликовали свою работу на страницах Science Robotics.
Источником вдохновения послужила, разумеется, живая человеческая кожа. Ученые изучили сеть рецепторов, связывающих внешний покров с мозгом, и с их помощью разработали систему, которая позволяет передавать два ощущения: кривизну объекта и его остроту. Материалом для электронной кожи выступила комбинация из ткани и резины, между слоями которых расположены датчики, имитирующие рецепторы. Как только кожа соприкасается с раздражителем, датчики по тонким проводам посылают сигналы к остаточным нервам ампутированной конечности.
Чтобы выяснить, какая информация лучше всего передается с помощью той или иной группы нервных волокон, исследователи использовали методику TENS (transcutaneous electrical nerve stimulation), вызывая фантомные ощущения от несуществующей конечности. Это было нужно для того, чтобы протез как можно точно соответствовал живому телу: к примеру, если протез коснется указательным пальцем лезвия ножа, то датчики должны максимально точно передать организму информацию (в противном случае он может решить, что человек коснулся лезвия, например, основанием ладони). Чтобы отслеживать реакцию мозга на раздражители, ученые прибегли к обычной ЭЭГ.