Дотики до штучної шкіри навчилися передавати в мозок

Інженери зі Стенфордського університету створили штучну шкіру, здатну передавати тактильні сигнали в мозок. Представлена дослідниками шкіра складається з двох шарів, верхній з яких відповідає за механічну чутливість, а нижній - за передачу електричних сигналів і переведення їх у біохімічні стимули, сумісні з нервовими клітинами. Результати роботи незабаром будуть опубліковані в.

Раніше в 2010 році команда вперше описала використання пластику і каучуку для створення датчика тиску шляхом вимірювання природної пружності їх молекулярних структур. Потім вони збільшили чутливість датчика, додавши тонкому пластику структуру вафлі. Для перетворення отриманого механічного сигналу в електричний вчені додали в вафельну структуру вуглецевих нанотрубок. Тиск, який чиниться на пластик, стискає нанотрубки і наближає їх один одному, дозволяючи проводити електрику.

Людська шкіра передає тактильну інформацію в мозок у вигляді коротких електричних імпульсів. Пластиковий датчик здатний подібно шкірі розпізнавати тиск від легкого дотику до міцного рукостискання і передавати електричні імпульси різної інтенсивності. Потім вчені підключили механосенсори до другого шару, здатного проводити імпульси до нейронів.

Для створення другого шару вченим довелося звернутися до колег з науково-дослідного центру Xerox в Пало-Альто, які володіють технологією нанесення гнучких електросхем на пластик за допомогою струменевого принтера. Також дослідникам довелося довести, що переданий електричний імпульс може бути сприйнятий нейроном. Для цього вчені використовували методи оптогенетики - вони створили у клітин чутливість до певних довжин хвиль світла так, щоб процеси в клітинах зупинялися або запускалися під дією випромінювання.

Працездатність шару команда підтвердила експериментально - дослідники створили ланцюг нейронів, який піддали впливу світлом, згенерованим штучною шкірою. Також вчені показали можливість прямої стимуляції нейронів електричними імпульсами без переходу до світлового випромінювання.

Всього людська рука розрізняє шість типів відчуттів, на даний момент дослідникам вдалося змоделювати лише один. Надалі команда планує навчити шкіру відрізняти різні за характером впливи, наприклад, розрізняти дотик вельвета і шовку, відрізняти гаряче і холодне. Технологія двошарової шкіри дозволяє додавати до сенсора нові «почуття» без зміни загальної концепції. Група професора Бао вже більше десяти років працює над створенням штучної шкіри, яка могла б служити повноцінною заміною справжньої: була б гнучкою, мала всі почуття (дотик, температура, біль), а також здатність до регенерації.