Umělá pokožka, která umí cítit a předávat vjemy

5. leden 2015

Ve spolupráci jihokorejských a amerických vědců vzniká umělá pokožka, která je vyrobena z roztažitelného materiálu. Navíc dokáže nejen velmi přesně registrovat dotyky a tlak, ale také teplotu a vlhkost v místě, kde se dotýká jiného předmětu.

Smyslové schopnosti se budou velice hodit pacientům, kteří budou v příštích letech používat umělé protézy končetin. Některé pokročilé protézy mohou již dnes jejich nositelé řídit pomocí signálů, vycházejících z jejich nervů, svalů nebo dokonce z mozku. Signálů, které by proudily opačným směrem, tedy z umělé končetiny směrem k pacientově nervstvu či do jeho mozku, je však zatím velmi málo, což omezuje možnosti zpětné vazby jen na pacientův zrak nebo sluch. Pacienti tedy doposud neměli ve svých protézách k dispozici prakticky nic, co by odpovídalo hmatu či pocitům tlaku, tepla nebo vlhkosti. Nositel umělé protézy ruky tak neměl tušení, jestli objekt, který pomocí umělé ruky drží, je vlhký a může mu vyklouznout nebo jestli se náhodou nedotýká svojí umělou rukou horké plotny kamen.

Vědci z několika jihokorejských a amerických univerzit a výzkumných pracovišť se proto zaměřili na polymerní substrát (konkrétně polydimetylsiloxan čili PDMS), jehož součástí je i jemné pletivo senzorů různých druhů. První vlaštovkou citlivých robotických protéz je elektronická rukavice, jejíž polymerní “kůže” je doslova prostoupena ultratenkými senzory, vyrobenými ze zlata a křemíku. Křemíkové součástky jsou přitom za běžných podmínek křehké a nedají se natahovat bez poškození. Zde však mají tvar tenkých hadovitě zakroucených nanopásků, které lze dostatečně a bezpečně prodloužit a které mohou při změně svého mechanického či tepelného stavu generovat elektrické signály. Jako čidla vlhkosti potom slouží velmi malé kondenzátory, které při různé koncentraci molekul vody skladují odlišné množství elektrického signálu.

Umělá pokožka je vyrobena z roztažitelného materiálu

Vjemy zachycující součástky byly sice vyvíjeny již dříve, ale v naprosté většině obsahovaly jen senzory reagující na tlak či dotek. Korejsko-americká elektronická rukavice také nese primát v hustotě senzorů na jednotku plochy - do jednoho čtverečního milimetru se jich vešlo 400, což už pomůže k vytvoření podobně kvalitního smyslového dojmu, jaký poskytují nervová zakončení ve skutečné lidské kůži. Všechny senzory přitom nemusejí vydržet stejný stupeň natažení, protože na některých místech ruky se prostě umělá kůže během pohybů natahuje mnohem méně než na jiných. Pokožka dokonce obsahuje i síť ohřívacích prvků, které ji zahřívají na teplotu lidské ruky, aby i tato přirozená podmínka analogických vjemů byla splněna. Odborníci již zdokumentovali, že takto připravená umělá pokožka umí vnímat nejen tlakové podněty, ale také změny teploty a rozdíl mezi suchým a mokrým povrchem.

Umělá pokožka umí předávat vjemy

Všechny tyto prvky však slouží jen k vytvoření elektrických vzruchů, analogických přirozeným biologickým vjemům v lidském těle. Těžší otázkou je napojení této složité senzorové sítě na nervovou soustavu nositele protézy, aby pacient skutečně cítil něco, co by dávalo smysl. Dae-Hyeong Kim ze Soulské národní univerzity pokusně připojil elektronické výstupy z tohoto senzorového systému k mozku krysy a ověřil, že její mozková kůra na tyto signály reaguje. Zatím však nebyly provedeny pokusy s připojením této protézy k nervové soustavě vyšších živočichů nebo člověka. Bylo jen vyzkoušeno obousměrné připojení lidské nervové soustavy s jinou robotickou protézou, která obsahovala pouhých 20 senzorů.

Nelze nakonec vyloučit, že podobné protézy s umělou senzorovou kůží nejdříve nebudou sloužit postiženým lidem, ale robotům, kteří tak získají poprvé v historii možnost přijímat “lidské“ smyslové vjemy.

Jednotlivé vrstvy umělé pokožky

Zdroje: MIT Technology Review 1, MIT Technology Review 2, Popular Science, Serious Wonder, Science Alert, Richard Dawkins Foundation, Gizmodo, Discovery News, Nature Communications

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio