ผิวซิลิโคนอิเล็กทรอนิกส์ ที่ตรวจจับความเจ็บปวดได้ปูทางไปสู่อวัยวะเทียมอัจฉริยะและการปลูกถ่ายผิวหนัง

ผิวซิลิโคนอิเล็กทรอนิกส์ ที่ตรวจจับความเจ็บปวดได้ปูทางไปสู่อวัยวะเทียมอัจฉริยะและการปลูกถ่ายผิวหนัง

ผิวหนังเป็นอวัยวะที่ใหญ่ที่สุดของเรา ซึ่งประกอบด้วยเซ็นเซอร์ที่ซับซ้อนคอยตรวจสอบสิ่งใดก็ตามที่อาจทำให้เราเจ็บปวดอยู่ตลอดเวลา เทคโนโลยีใหม่ของเราเลียนแบบสิ่งนั้น – ทางอิเล็กทรอนิกส์

ผิวหนังเทียมแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เราพัฒนาขึ้นจะตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นความเจ็บปวดเช่นเดียวกับผิวหนังจริง และปูทางไปสู่อวัยวะเทียมที่ดีขึ้น หุ่นยนต์ที่ชาญฉลาดขึ้น และทางเลือกที่ไม่รุกรานแทนการปลูกถ่ายผิวหนัง

อุปกรณ์ต้นแบบของเราเลียนแบบการตอบสนองต่อการตอบสนอง

อย่างรวดเร็วของร่างกาย และสามารถตอบสนองต่อความรู้สึกเจ็บปวดด้วยความเร็วแสงระดับเดียวกับที่สัญญาณประสาทเดินทางไปยังสมอง

เทคโนโลยีใหม่ของเราซึ่งมีรายละเอียดเผยแพร่ใน Advanced Intelligent Systemsทำจากยางซิลิโคนพร้อมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในตัว โดยเลียนแบบผิวหนังมนุษย์ทั้งในด้านพื้นผิวและการตอบสนองต่อแรงกด อุณหภูมิ และความเจ็บปวด

ผิวหนังของมนุษย์รับรู้สิ่งต่าง ๆ อย่างต่อเนื่อง แต่การตอบสนองต่อความเจ็บปวดของเราจะเริ่มขึ้นในระดับหนึ่งเท่านั้น เมื่อเกณฑ์นี้ถูกละเมิด สัญญาณไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านระบบประสาทไปยังสมองเพื่อเริ่มการตอบสนองต่อความเจ็บปวด

คุณไม่สังเกตเห็นเมื่อคุณหยิบบางอย่างในอุณหภูมิที่สบาย แต่สัมผัสสิ่งที่ร้อนเกินไป และคุณจะถอยกลับแทบจะทันที นั่นคือการทำงานของระบบรับรู้ความเจ็บปวดของผิวหนังของเรา

ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ตรวจจับความเจ็บปวดแบบใหม่ของเราเป็นขั้นตอนสำคัญต่อการพัฒนา “ขาเทียมอัจฉริยะ” ที่มีระบบป้อนกลับที่ซับซ้อน เราต้องการพัฒนาอุปกรณ์และส่วนประกอบทางการแพทย์ที่แสดงการตอบสนองต่อความเจ็บปวดที่คล้ายคลึงกันกับร่างกายมนุษย์

ขาเทียมช่วยปรับปรุงคุณภาพชีวิตของคนพิการอย่างมีนัยสำคัญ แต่พวกเขายังขาดความสามารถในการรับรู้ถึงอันตราย มือเทียมไม่รับรู้เมื่อวางบนพื้นผิวที่ร้อน ในขณะที่ผู้ที่มีแขนเทียมอาจพิงของแหลมคมแต่จะไม่รู้ถึงความเสียหายที่เกิดขึ้น เทคโนโลยีที่ให้การตอบสนองเหมือนผิวหนังที่สมจริงสามารถทำให้ขาเทียมเหมือนแขนขาธรรมชาติมากขึ้น

ด้วยการพัฒนาเพิ่มเติม ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ของเราอาจถูกนำมา

ใช้สำหรับการปลูกถ่ายผิวหนังได้ ในกรณีที่วิธีการแบบดั้งเดิมใช้ไม่ได้ผล เราสร้างผิวอิเล็กทรอนิกส์ของเราโดยต่อยอดจากความก้าวหน้าครั้งก่อนๆ ของ กลุ่มวิจัยของเรา ในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดได้ วัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เลียนแบบสมอง

ตัวอย่างเช่น เราใช้กระบวนการของเราในการรวมวานาเดียมออกไซด์ที่ไวต่ออุณหภูมิ ซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมทางอิเล็กทรอนิกส์ของมันในการตอบสนองต่ออุณหภูมิที่สูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนด (65℃ ในกรณีนี้)

จากนั้นวัสดุนี้จะกระตุ้นสัญญาณไฟฟ้าที่คล้ายกับสัญญาณที่เกิดจากปลายประสาทของเราเมื่อเราสัมผัสสิ่งที่ร้อน สัญญาณไฟฟ้าจากส่วนรับสัมผัสของระบบ (ซึ่งมีความไวต่ออุณหภูมิหรือความดัน) ไปยังวงจรเลียนแบบสมองซึ่งจะประมวลผลอินพุตและทำการตัดสินใจตามค่าเกณฑ์

เอาต์พุตไฟฟ้าจากวงจรเลียนแบบสมองเปรียบเสมือนสัญญาณประสาทที่เริ่มต้นการตอบสนองของมอเตอร์ (เช่น การขยับมือของคุณออกไป) ในการตอบสนองต่อความเจ็บปวดของมนุษย์

ในการทดลองของเรา เราวัดกระแสที่สร้างขึ้น หากต้องการใช้ผิวซิลิโคนจริง จะต้องเชื่อมต่อกับปลายประสาทหรืออุปกรณ์ที่สามารถกระตุ้นการตอบสนองของมอเตอร์ได้

วัสดุของเราตอบสนองได้เร็วพอๆ กับการตอบสนองความเจ็บปวดของมนุษย์จริงๆ โดยเลียนแบบกระบวนการทั้งหมดตั้งแต่สิ่งกระตุ้นไปจนถึงการกระตุ้นการตอบสนองจากสมอง หรือในกรณีของเรา วงจรเลียนแบบสมอง การตอบสนองจะรุนแรงขึ้นตามทั้งความรุนแรงและเวลาในการกระตุ้น เช่นเดียวกับการตอบสนองความเจ็บปวดของมนุษย์จริงๆ

ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ทำให้การตอบสนองตามเกณฑ์ต่อความเจ็บปวดเป็นจริง ทั้งในลักษณะที่ผิวหนังมีปฏิกิริยาแตกต่างออกไปต่อความเจ็บปวดที่เกินเกณฑ์ที่กำหนด และวิธีที่ผิวหนังใช้เวลานานขึ้นในการ “ฟื้นตัว” จากสิ่งที่เจ็บปวดมากกว่า นี่เป็นเพราะสิ่งเร้าที่แรงกว่าสร้างแรงดันไฟฟ้ามากขึ้นในวงจรเลียนแบบสมอง

นอกจากนี้ เรายังสามารถแก้ไขเกณฑ์นี้ในอุปกรณ์ของเราเพื่อเลียนแบบวิธีที่ผิวหนังที่ได้รับบาดเจ็บ (เช่น ผิวไหม้แดด) สามารถมีเกณฑ์ความเจ็บปวดที่ต่ำกว่าผิวหนังปกติ ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ยังสามารถใช้เพื่อเพิ่มความไวซึ่งอาจเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในการเล่นกีฬาและการป้องกันตัว เช่นเดียวกับการปลูกถ่ายผิวหนัง

การใช้งานที่ไม่เหมือนใครอีกอย่างคือถุงมืออัจฉริยะที่สามารถให้การตอบสนองที่แม่นยำจากมือของศัลยแพทย์เมื่อคลำเนื้อเยื่อ

ผิวซิลิโคนของเราจะต้องมีการพัฒนาเพิ่มเติมเพื่อรวมเทคโนโลยีเข้ากับการใช้งานด้านชีวการแพทย์ แต่ปัจจัยพื้นฐาน – ความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความสามารถในการยืดได้เหมือนผิวหนัง – มีอยู่แล้ว

ขั้นตอนต่อไปกำลังทำงานร่วมกับนักวิจัยทางการแพทย์เพื่อทำให้ “เหมือนผิวหนัง” มากยิ่งขึ้น และหาวิธีที่ดีที่สุดที่จะรวมเข้ากับร่างกายมนุษย์

เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน