Искусственная кожа позволяет чувствовать боль
Люди с ампутированными конечностями часто испытывают так называемые «фантомные боли», они ощущают, что недостающая часть тела все еще на своем месте. Эта иллюзия со стороны органов чувств может стать реальностью благодаря команде исследователей и инженеров из университета Джонcа Хопкинса. Они создали искусственную электронную кожу, которая надевается на протез и возвращает человеку ощущения осязания, как будто он трогает что-то кончиками своих собственных пальцев.
Анонимный доброволец с ампутированной рукой был главным испытателем инновационной системы, ученые приводят сказанные им слова: «Спустя много лет я вновь почувствовал свою руку, как будто пустота снова стала наполнена плотью».
Изготовленная из ткани и резины, электронная кожа “e-dermis” снабжена датчиками для имитации нервных окончаний. Она воссоздает ощущение осязания и даже боль, регистрируя раздражители и передавая импульсы в периферическую нервную систему человека.
Результаты разработки были опубликованы 20 июня в журнале “Научная робототехника” (Science Robotics), они показывают, что сегодня существует возможность восстановить ряд естественных сенсорных ощущений у пациентов с ампутированными конечностями, если они используют протезы. Способность чувствовать боль может быть полезной, например при возможном повреждении искусственной конечности.
Разработчики рассказывают, что они создали датчик, который передает сигналы от прикосновения подобно настоящей коже человека. Они взяли за основу как раз естественные физиологические процессы организма и воссоздали их для протеза.
Это не новые устройство, не искусственная конечность, а только оболочка, покрытие для протеза, который уже носит пациент и к которому он привык. К нему добавляются новые функции, электронная кожа может “рассказать” владельцу какой на ощупь предмет, к которому он прикоснулся - гладкий или острый.
Кожа человека содержит сложную сеть рецепторов, которые передают различные сигналы в мозг. Эта сеть стала прообразом датчика, биологическим шаблоном для исследовательской группы робототехников и биоинженеров из университета Джонса Хопкинса и сингапурского института нейротехнологий.
Наделение современных протезов функциями человеческого прикосновения и регистрации боли позволит пациентам вести все более полноценную жизнь, мало отличающуюся от обычной, со временем технологии настолько разовьются, что мы не сможем понять, что с человеком что-то не так, он будет выглядеть как мы, искусственные конечности будут даже превосходить наши руки и ноги по функциональным возможностям.
Боль, конечно, неприятное чувство, но это также важная защитное система организма, которая отсутствует сейчас в протезах. При их использовании ампутантам не хватает значимой, осязательной обратной связи.
Именно здесь должна прийти на помощь электронная кожа, передавая импульсы в периферические нервы, создавая таким образом “фантомную” конечность. Е-dermis делает это, стимулируя нервы культи электрическими импульсами неинвазивным способом, через кожу. Таким образом протез может обеспечить диапазон восприятий, от слабого прикосновения до сильного давления, которое может ему повредить, это делает его весьма похожим на человеческую руку - мы также может чувствовать касание или боль.
Электронная кожа позволяет пользователю ощущать непрерывный спектр тактильных восприятий. Команда создала нейроморфную модель, имитирующую сенсорные и болевые рецепторы нервной системы человека, e-dermis кодирует электронным сигналом ощущения так же, как и рецепторы на нашей коже. Отслеживая деятельность головного мозга посредством электроэнцефалографии или ЭЭГ, исследователи определили, что испытуемый воспринял эти сигналы как ощущения от своей собственной руки.
Неинвазивный метод передачи сигнала - это стимуляция нервов через кожу, известная в нашей литературе как ТЭНС - транскутанная электрическая нервная стимуляция. В ходе экспериментов доброволец испытал естественную рефлексивную реакцию при касании острого предмета - боль и при касании круглого объекта - отсутствие боли.
Электронная кожа пока не чувствительна к температуре, в данном исследовании упор делался на определении рельефа предметов. В будущем ничто не помешает добавить датчики, которые будут посылать болевые импульсы при обнаружении опасно горячего объекта. Технология e-dermis может быть использована не только для пациентов с ампутацией, но и для роботизированных систем, для манипуляций искусственными конечностями или в перчатках космонавтов.
Американский университет Джонса Хопкинса в Балтиморе является признанным лидером в области создания искусственных протезов конечности. Они делают жизнь пациентов все более комфортной и приближают тот день, когда киборги станут реальностью.
