Учёные из Университета штата Вашингтон создали электронную кожу, которая способна тонко различать давление и температуру. Разработка может в будущем вернуть ощущения людям с протезами конечностей.
Работа опубликована в журнале Cell Reports Physical Science. Система чувствует в десять раз детальнее, чем существующие коммерческие сенсорные перчатки.
«Этот подход демократизирует производство медицинских электронных кож и делает продвинутую тактильную обратную связь реальной для широкого клинического применения, — отметил Хунъи Шэнь (Hongyi Shen), аспирант Школы механической и материальной инженерии и первый автор статьи. — Работа закладывает основу для полноценной бионической кожи с функциями и ощущения, и тактильной стимуляции на протезах».
Современные электронные кожи дорогие, имеют низкое разрешение сенсоров, плохо подходят под индивидуальную форму конечности и покрывают лишь небольшие участки. Чем сильнее устройство кастомизируют под сложную геометрию, тем хуже работает чувствительность. К тому же массивы датчиков генерируют огромный поток данных, который сложно обрабатывать в реальном времени.
Как устроена новая система
Исследователи разработали тонкие многослойные модули, в которые встроены датчики давления и температуры. Они позволяют распознавать текстуру поверхности и свойства материалов почти как настоящая кожа.
Ключевой момент — метод производства «сканируй — моделируй — печатай». Сначала сканируют протез, затем по его геометрии размещают сенсоры. В результате система плотно и равномерно покрывает даже сложные изогнутые поверхности.
Модули соединяются друг с другом без клея — по принципу конструктора Lego. Производство опирается на 3D-печать и лазерную резку, что делает его относительно простым и недорогим.
«Сканер снимает форму протеза, а мы накладываем на эту геометрию мультимодальную сенсорную систему, — объяснил Кайянь Цю (Kaiyan Qiu), ассистент-профессор и один из руководителей работы. — Это позволяет добиться бесшовного покрытия свободных форм».
Команда уже подала заявку на предварительный патент. Сейчас исследователи работают над актуатором, который будет превращать сигналы электронной кожи в стимулы, понятные нервной системе человека. Тогда человек сможет не только «чувствовать» предмет протезом, но и получать обратную связь от нервов.
Шэнь, который давно интересуется реабилитацией, отмечает: «Я думаю, что то, что мы делаем в этом проекте, когда-нибудь облегчит жизнь людям с ампутациями».
