Ûndersikers hawwe ûntwikkele in keunstmjittich sintúchlike senuwstelsel dat kin ferwurkje ynformaasje fergelykber mei it minsklik lichem en it kin effektyf jaan gefoel fan touch oan prosthetic ledematen
Us hûd, it grutste oargel fan it lichem, is ek it wichtichste, om't it ús hiele lichem beslacht, ús lichemstemperatuer kontrolearret en ús beskermet fan skealike eksterne faktoaren lykas sinne, abnormale temperatueren, kimen ensfh. Us hûd kin opmerklik stretchje en himsels reparearje. De hûd is ek wichtich om't it ús in gefoel fan oanrekking jout wêrmei't wy besluten kinne nimme. Hûd is in kompleks sensing- en sinjaalsysteem foar ús.
Yn in stúdzje publisearre yn Science hawwe ûndersikers ûnder lieding fan professor Zhenan Bao oan 'e Stanford University en de Seoul National University in keunstmjittich sensorysk senuwstelsel ûntwikkele dat in grutte stap wêze kin nei it meitsjen fan "keunstmjittige hûd" foar prothesen dy't it gefoel werombringe kinne en fungearje as in normale hûdbedekking. It útdaagjende aspekt fan dizze stúdzje wie hoe't wy ús hûd effektyf neimeitsje kinne, dy't ferskate unike eigenskippen hat. De funksje dy't it dreechst te neimeitsjen is, is de manier wêrop ús hûd fungearret as in tûk sensorysk netwurk dat earst gefoelens nei de harsens oerdraacht en ek ús spieren opdracht jout om te reagearjen fia in refleks om rappe besluten te nimmen. Bygelyks, in tikje feroarsaket dat de elmboogspieren útrekken, en sensoren yn dizze spieren stjoere ympuls nei de harsens fia in neuron. De neuron stjoert dan in searje sinjalen nei relevante synapsen. It synaptyske netwurk yn ús lichem herkent it patroan fan hommelse útrekking yn spieren en stjoert twa sinjalen tagelyk út. Ien sinjaal feroarsaket dat de elmboogspieren gearlûke as in refleks en in twadde sinjaal giet nei de harsens om te ynformearjen oer dizze gefoelens. Dizze hiele folchoarder fan barrens bart yn hast in fraksje fan in sekonde. It neimakken fan dit yngewikkelde biologyske sensoryske senuwstelsel, ynklusyf alle funksjonele eleminten yn it netwurk fan neuronen, bliuwt noch altyd in útdaging.
Unike sintúchlike senuwstelsel dy't de echte "mimics".
Undersykers hawwe in unyk sensorysk systeem makke dat it funksjonearjen fan it minsklik senuwstelsel neidwaan kin. It "keunstmjittige senuwcircuit" ûntworpen troch ûndersikers yntegreart trije komponinten yn in platte, fleksibele plaat fan in pear sintimeter. Dizze komponinten binne earder yndividueel beskreaun. De earste komponint is in oanrekkingssensor dy't krêften en druk (sels mini-) kin detektearje. Dizze sensor (makke fan organyske polymearen, koalstofnanobuizen en gouden elektroden) stjoert sinjalen fia in twadde komponint, in fleksibel elektroanysk neuron. Beide komponinten binne ferbettere ferzjes fan wat earder troch deselde ûndersikers ûntwikkele is. Sensoryske sinjalen dy't generearre en troch dizze twa komponinten trochjûn wurde, wurde levere oan in tredde komponint, in keunstmjittige synaptyske transistor dy't krekt modellearre is lykas minsklike synapsen yn 'e harsens. Al dizze trije komponinten moatte gearhingjend wurkje en it demonstrearjen fan 'e einfunksje wie it meast útdaagjende aspekt. Echte biologyske synapsen stjoere sinjalen troch en bewarje ynformaasje dy't nedich is om besluten te nimmen. Dizze synaptyske transistor "fiert" dizze funksjes út troch elektroanyske sinjalen oan 'e synaptyske transistor te leverjen mei it keunstmjittige senuwcircuit. Dêrom leart dit keunstmjittige systeem sensoryske ynput te werkennen en derop te reagearjen op basis fan 'e yntensiteit en frekwinsje fan leech-enerzjy sinjalen, krekt sa't in biologyske synaps it dwaan soe yn in libbend lichem. De nijichheid fan dizze stúdzje is hoe't dizze trije yndividuele komponinten dy't earder bekend binne foar it earst mei súkses yntegrearre binne om in gearhingjend systeem te leverjen.
Undersikers testen it fermogen fan dit systeem om refleksen te generearjen en ek oanrekking te fielen. Yn ien eksperimint hechtten se har keunstmjittige senuw oan in kakkerlakskonk en oefenen lytse druk op har touchsensor. De elektroanyske neuron konvertearre it sensorsinjaal yn digitale sinjalen en joech se troch de synaptyske transistor. Dit feroarsake de skonk fan 'e kakkerlak om te twitsjen op basis fan' e drukferheging of fermindering fan 'e touchsensor. Dat, dizze keunstmjittige opset aktivearre grif de twitch-refleks. Yn in twadde eksperimint lieten ûndersikers it fermogen fan 'e keunstmjittige nerve sjen by it opspoaren fan ferskate touch-sensaasjes troch te kinnen om Braille-letters te ûnderskieden. Yn in oare test rôlen se in silinder oer de sensor yn ferskate rjochtingen en koene de krekte rjochting fan 'e beweging sekuer opspoare. Sa is dit apparaat yn steat om objektherkenning en fyn tactile ynformaasjeferwurking te ferbetterjen lykas tekstuererkenning, braillelêzing en ûnderskiedende rânen fan objekten.
Takomst fan keunstmjittige sintúchlike nervensysteem
Dizze keunstmjittige nervetechnology is yn in heul ier stadium en hat it fereaske kompleksiteitsnivo net berikt, mar hat enoarme hope jûn foar it meitsjen fan keunstmjittige hûdbedekkingen. It is dúdlik dat sokke "bedekkingen" ek apparaten fereaskje om waarmte, trilling, druk en oare krêften en sensaasjes te detektearjen. Se moatte in goed fermogen hawwe om ynbêde te wurden yn fleksibele sirkwy, sadat se effektyf kinne ynterface mei it harsens. Om ús hûd te imitearjen, moat it apparaat mear yntegraasje en funksjonaliteit hawwe, wat it stabiler en betrouberder sil meitsje.
Dizze keunstmjittige nervetechnology kin in boon wêze foar prosthetyk en herstellen fan gefoelens by amputees. De prosthetyske apparaten binne it jier in protte ferbettere mei mear beskikbere 3D-printtechnology en mear responsive robotikasystemen. Nettsjinsteande dizze upgrades moatte de measte prosthetyske apparaten dy't hjoed beskikber binne op in heul rûge manier wurde kontroleare, om't se gjin goede befredigjende ynterface leverje mei it harsens fanwegen gebrek oan yntegraasje fan 'e kompleksjes fan it grutte minsklike senuwstelsel. It apparaat jout gjin feedback en sa fielt de pasjint him tige ûntefreden en smyt se ier of let ôf. Sa'n keunstmjittige nervetechnology, as mei súkses opnommen yn prosthetyk, sil touchynformaasje leverje foar brûkers en sil helpe de pasjinten in bettere ûnderfining te jaan. Dit apparaat is in grutte stap nei it meitsjen fan hûd-like sensory neurale netwurken foar ferskate tapassingen troch it jaan fan krêften fan refleks en oanrekkingssin.
***
Boarne (e)
Yeongin K et al. 2018. In bio-ynspirearre fleksibele organyske keunstmjittige afferente senuw. Wittenskip . https://doi.org/10.1126/science.aao0098
***
