Новости и мнения

Искусственное нервное давление, двигает ногой таракана

Устройство могло бы когда-нибудь помочь протезу доставить более богатую сенсорную информацию пользователям.

Несмотря на то, что, как бы они ни были, современные протезы могут быть неудовлетворительными для человеческого мозга. «Если у вас есть рука [и]. , , Вы можете управлять им очень грубо, но это не дает никакой обратной связи, тогда это становится большей психической нагрузкой для пациента, и через некоторое время они обычно кладут свой протез на полку », – говорит Хенрик Йорнтелл , нейрофизиолог из Лундского университета в Швеции.

Но в новом изобретении, объявленном сегодня (31 мая) в Science , Йорнтелл, который не был вовлечен в работу, видит возможность в один прекрасный день исправить это. Международная группа исследователей сообщает о первом известном искусственном нерве, который может определять давление и даже перемещать оторванную ногу таракана после того, как устройство было прикреплено к ткани. Авторы предполагают, что подобные датчики могли бы когда-нибудь включить в протезирование, чтобы дать им возможность доставлять сенсорную информацию пользователям.

«[M] имитация сложных биологических сенсорных нервных систем, включая все функциональные элементы в нейронных сетях, остается большой проблемой», – пишет соавтор и инженер Tae-Woo Lee из Сеульского национального университета в Южной Корее в электронном письме The Scientist. По его словам, новая искусственная нервная система является «беспрецедентным» шагом в этом направлении, который «потенциально может быть использован для улучшения пространственного разрешения распознавания объектов и тонкой тактильной обработки информации, такой как распознавание текстур, различение краев на объектах и ​​надежный». чтение Брайля. ”

Чтобы создать устройство, исследовательская группа Ли объединилась с группой инженеров- химиков Чжэнан Бао из Стэнфордского университета, чтобы объединить три компонента в плоский гибкий лист длиной несколько сантиметров: датчики давления из органических полимеров, углеродные нанотрубки и золотые электроды; кольцевые генераторы, которые преобразуют вход датчиков в электрические импульсы; и транзистор, который объединяет входные сигналы от нескольких кольцевых генераторов в электрический ток. «Когда мы создаем систему, если одна часть ведет себя не так, как должна, тогда вся система выйдет из строя», – говорит Бао. «Самым сложным было на самом деле заставить все три компонента работать вместе и иметь возможность реально продемонстрировать функцию».

«Новизна статьи заключается, прежде всего, в интеграции элементов, которые были исследованы ранее, но в данном случае, воедино все это вместе», – говорит Алек Талин , инженер по материалам из Национальной лаборатории Sandia в Калифорнии, который не принимал участия в работе.

Если бы он был связан с биологической системой, вы могли бы в некотором смысле заставить эту систему понимать входные данные, которые обычно она никогда не будет понимать.

—Алекс Талин,
Сандийская национальная лаборатория

Исследовательская группа использовала искусственные нервы ex vivo, чтобы «почувствовать» персонажей Брайля, и устройство дало отличительные результаты для каждого из них. Разработчики также использовали электроды для соединения транзистора с нервами на конце оторванной ножки таракана, побуждая его двигаться.

«Мы все еще на самой ранней стадии» создания искусственной нервной системы, которая может быть встроена в кожу протеза, говорит Бао. Кожа человека «может определять тепло, может определять вибрацию, давление и различные формы воздействия. По-настоящему подражать нашей коже. , , нам нужно включить другие датчики и повысить уровень интеграции, который мы можем осуществить, а также повысить стабильность и надежность устройства ».

В будущем, по словам Йорнтелла, небольшой размер искусственных нервов может стать ключом к улучшению кожи протезов, поскольку это позволит обеспечить большую плотность датчиков, чем это сейчас возможно. Если «вы даете достаточно богатую сенсорную обратную связь. , , тогда внезапно эти протезы могут стать более интересными для групп пациентов, на которых они направлены », – говорит он. Кьяра Бартолоцци , инженер Итальянского технологического института в Генуе, которая не участвовала в работе, отмечает, что выход нового искусственного нерва также очень отличается от выходного сигнала сегодняшних имеющихся в продаже датчиков давления, которые дают числа, которые коррелируют с интенсивностью а не токи. Искусственный нерв работает больше как биологические механорецепторы.

Одно из преимуществ подключения искусственных нервов к биологической центральной нервной системе состоит в том, что последняя может обрабатывать вычисления, необходимые для понимания результатов. По словам Бартолоцци, искусственные нервы также могут значительно улучшить возможности робототехники по восприятию и манипулированию объектами, но только в том случае, если будет разработана вычислительная система, способная обрабатывать выходные данные датчиков.

«Если добавить к этой работе архитектуру нейроморфных цепей, например глубокую нейронную сеть, которая может научиться переводить различные сигналы в какую-то информацию. , , тогда я думаю, что это будет действительно очень интересно », – говорит Талин. Помимо приложений для робототехники, «если бы она была связана с биологической системой, вы могли бы в некотором смысле заставить эту систему понимать входные данные, которые обычно она никогда не понимала бы», такие как предоставление людям способности воспринимать инфракрасный свет.

Y. Kim et al., « Биодыханный гибкий органический искусственный афферентный нерв», Science , 360: 998–1003, 2018.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *