Kami ay isang Hakbang Mas malapit sa Paglikha ng Artipisyal na Balat Na May Sense of Touch

George Dvorsky 03/05/2018. 11 comments
Futurism Assistive Devices Prosthetics Artificial Skin Biotechnology Biology Science Neuroscience

Ang paggupit sa gilid ng prosthesis ay kamangha-manghang, ngunit kulang sila ng isang napakahalagang tampok: isang pakiramdam ng pagpindot. Ngayon isang pangkat ng pananaliksik mula sa Stanford University ay nakagawa ng artipisyal na balat na maaaring makahulugan ng puwersa na pinipilit ng mga bagay-at pagkatapos ay ipapadala ang mga sensory na signal sa mga selula ng utak.

Ang hindi sapat na pandama sa feedback ay isang seryosong limitasyon ng kasalukuyang prostetik na mga kamay, maging sila ay artipisyal na mga kamay, armas, o mga binti. Kailangan ng mga gumagamit na maunawaan kung paano tumutugon ang isang bagay sa kanilang pagpindot upang magkaroon ng pinakamainam na kontrol sa motor. Kung hindi man, mahirap malaman kung gaano kalakas ang puwersa sa isang bagay, o pakiramdam ang mga bagay tulad ng temperatura at pagkakayari. Higit pa rito, ang pakiramdam ng pag-ugnay-o kahit na ang ilusyon nito-ay maaaring makapagpapahina sa sakit ng sakit sa katawan, na nakakaapekto sa 80% ng mga amputees.

Malayo pa rin tayo mula sa pagiging makagawa ng artipisyal na balat na nararamdaman at tumutugon sa parehong paraan na ang natural na balat ay ginagawa, ngunit ang koponan ng Stanford, na pinamumunuan ng electrical engineer na si Benjamin Tee , ay kamakailan ay nagsagawa ng eksperimento na eksperimento sa konsepto na tumatagal marami tayong mas malapit.

Matibay na balat na may kakayahang umangkop na artipisyal na mekaniseceptor (Credit: Bao Research Group / Stanford University

Sa pamamagitan ng paggamit ng mga kakayahang umangkop sa mga organic na circuits at isang makabagong bagong presyon ng sensor, ang koponan ng Tee ay bumuo ng isang uri ng artipisyal na balat na maaaring makilala ang puwersa ng mga static na bagay. Higit pa, ang sensory data na ito ay ipinadala sa mga pinag-aralan, ibig sabihin in vitro , mga selula ng utak ng mga daga gamit ang optogenetic technology. Inilathala nila ang mga resulta ng kanilang trabaho sa journal Science .

Tiny Pyramids of Touch

Ang sistema, na tinatawag na DiTact (Digital Tactile System), ay batay sa isang mababang-kapangyarihan, nababaluktot na organic transistor circuit na nagbabago ng damdamin ng presyon sa parehong uri ng mga signal na likas na nalikha ng mga mekaniko ng natural na balat. Ang mga signal na ito ay pinalitan ng isang serye ng mga boltahe na boltahe.

Ang DiTact System (Credit: Tee et al., 2015 / Science)

Upang makuha ang mga sensors upang i-record ang malawak na hanay ng dynamic na presyon, ginamit ng mga mananaliksik ang carbon nanotubes na molded sa mga istraktura ng pyramidal.

"Ang aming sensor ay ginawa ng mga maliliit na pyramids ng goma na may carbon nanotubes na ipinamamahagi sa ito," ang nabanggit na co-may-akda na Alex Chortos sa isang email sa Gizmodo. "Ang istraktura na ito ay lubhang kapaki-pakinabang sapagkat ito ay pinapayagan sa amin upang madaling baguhin ang ilang mga bagay, tulad ng distansya sa pagitan ng mga pyramids, ang laki ng mga pyramids, at ang konsentrasyon ng carbon nanotubes upang makuha ang perpektong presyon ng sensing presyon sa tamang hanay. "

Ang mga microstructures na ito ay pinapayagan sa mga mananaliksik upang mapakinabangan ang sensitivity ng sensors sa isang paraan na malapit na approximates ang sensitivity ng balat receptors natural na balat.

Transferring Signals

Sa kanilang sarili, ang mga senyas na ito ay walang ginagawa. Upang sila ay makaranas ng pandama ng feedback, kailangan silang ipadala sa isang utak. Sa layuning iyon, kinuha ng mga mananaliksik ang mga senyas na ito, na may pagitan ng 0 hanggang 200 hertz, at ipinadala sa kanila sa pamamagitan ng optical fibers sa cortical neurons ng mga daga. Ang DiTact ay pa rin sa isang maagang yugto ng pag-unlad, kaya ipinadala ng mga mananaliksik ang mga signal sa mga pinag-aralang mga selula in vitro , sa halip sa mga talino ng mga live mouse.

Ang DiTact System (Credit: Tee et al., 2015 / Science)

Ang pamamaraan na ito, na tinukoy bilang optogenetics, ay maaaring magamit sa kalaunan sa mga live na paksa. Sa pamamagitan ng prosesong ito, ang mga neuron ay stimulated sa sunog o ihinto ang pagpapaputok sa pamamagitan ng genetically-engineering neurons na tumugon sa liwanag. Ang isang transgene mula sa algae ay gumagawa ng mga neuron na apoy kapag sila ay nakalantad sa asul na liwanag, at ang isang bacterial transgene ay nagdudulot sa kanila na tumugon sa dilaw na liwanag.

Ngunit para sa eksperimentong ito, ang mga mananaliksik ay gumamit ng isang alternatibong solusyon sa optogenetic para sa mabilis na rate kung saan ang sensory na impormasyon ay naproseso ng mga neuron.

"Ang mga biological mechanoreceptor ay makakagawa ng mga senyas kasing dali ng ilang daang mga de-kuryenteng pulse sa bawat segundo," sabi ni Chortos. "Nakaraang mga optogenetic na teknolohiya lamang ang kaya ng stimulating utak cells magkano ang mas mabagal kaysa sa kailangan namin upang gayahin ang tunay na mechanoreceptors."

Itinuturo ni Chortos ang gawain ni Andre Berndt at Karl Deisseroth na bumuo ng isang bagong uri ng optogenetic na paggamot na nagpapahintulot sa mga selula ng utak na magpasigla nang napakabilis upang ang mga ito ay magkatugma sa bilis ng mga tunay na mechanoreceptor.

Ipinakikita ng koponan ng pananaliksik ng Tee na ang mga bagong optogenetic na mga protina ay nakapaglagay ng mas matagal na agwat ng pagbibigay-sigla, na isang malakas na indikasyon na ang sistema ay maaaring magkatugma sa iba pang mga mabilis na spiking neuron-kabilang ang mga nerbiyos sa paligid. Sa ibang salita, ang DiTact ay malamang na magtrabaho sa mga live mouse, at posibleng tao. At sa katunayan, sinabi ng mga mananaliksik kay Gizmodo na ang susunod na hakbang sa kanilang pananaliksik ay ang paggamit ng kanilang sensor upang pasiglahin ang lakas ng buhay ng mga daga.

From Science Fiction to Reality
From Science Fiction to Reality

Given na ang mga signal ay ipinadala sa clumps ng mga cell sa isang petri ulam at hindi isang live na hayop, kung paano maaari nilang tiyakin na ang kanilang mga signal ay ng tamang likas na katangian at intensity?

"Maaari naming patunayan na ang aming sensor ay nagpapahiwatig ng tamang impormasyon sa [isang live] na hayop sa pamamagitan ng paggamit ng mga pag-uugali ng pag-uugali, ibig sabihin kung paano ang hayop ay kumilos bilang tugon sa presyon," sabi ni Chortos. "Ang sukdulang pagsubok ay upang i-attach ang sensor sa isang tao at tanungin sila kung ano ang nararamdaman nila. Upang makakuha ng tunay na likas na pagpindot sa touch, maaaring kailanganin nating baguhin at tweak ang aming disenyo. "

Sa katunayan, ang pangwakas na layunin ay upang maipakita ang mga prosthetiko ng tao na may artipisyal na balat na may touch-sensitive.

"Nakikita namin ang aming artipisyal na mekaniseceptor na gumagawa ng pinakamalaking epekto sa pamamagitan ng pagsasama para sa madaling makaramdam na feedback sa mga prosteyt system sa pag-unlad ng iba pang mga grupo," sabi ng co-author na si Amanda Nguyen. "Bilang ang aming sensor ay naka-mount sa tabi ng artipisyal na mga sistema ng paa, ang pangunahing mga alalahanin sa kaligtasan ay nakasentro sa paligid ng mga pattern ng pagpapalakas ng ugat at interface."

Sinabi ni Nguyen na ang unang bahagi ng trabaho na may kinalaman sa pandama na puna sa mga neuroprosthetics sa mga tao ay naging maaasahan, ngunit may pangangailangan para sa mas malaki at mas kasangkot na pag-aaral ng tao upang maunawaan kung paano epektibo at ligtas na pasiglahin ang mga nerbiyos upang magbigay ng pandama feedback.

"Bilang isang mas malawak na pag-unawa ng mga parameter ng pagpapasigla ay nakakuha, ang output ng aming artipisyal na mekanoreceptor ay tuned upang sundin ang mga paradigm pagpapasigla," sinabi niya. "Sa pagpapakita ng pagiging epektibo at kaligtasan, ang potensyal para sa pagpapabuti ng kalidad ng buhay para sa mga indibidwal na may mga kapansanan sa pandamdam ay maaaring maging balanse sa mga etikal na alalahanin na itinataas ng neuroprosthetics. Ang pag-access sa ganitong uri ng teknolohiya sa mga tao ay lumalaki habang ang aming pang-unawa sa neuroscience ay lumalaki at ang mga prosteyt na teknolohiya ay sumusulong upang makapagbigay ng nuanced sensory perceptions. "

Sa katunayan, ang paraan ng pagsasaliksik na ito ay magiging mas ligtas at mas mababa ang etikal na kahina-hinala sa paglipas ng panahon. Para sa optogenetics upang gumana nang maayos at ligtas sa mga tao, halimbawa, ang mga mananaliksik ay dapat na malaman ang isang paraan upang makakuha optogenetics upang gumana nang walang resorting sa nagsasalakay fiber optic wires at ang viral paghahatid ng transgenes sa mga pasyente.

Ayon kay Polina Anikeeva, isang propesor ng Materials Science and Engineering sa MIT, maaaring maging posible na gamitin ang stem cells mula sa pasyente at paganahin ang kanilang sensitivity sa isang partikular na haba ng daluyong ng ilaw sa pamamagitan ng genetic manipulation sa labas ng katawan. Sinabi niya kay Gizmodo na ang mga selula na ito ay maaaring potensyal na muling maipakita sa paligid ng nerbiyos ng pasyente na nagpapahintulot sa huli na maging optikong stimulated. Walang mga wires, walang di-makatotohanang trans-genes. Sinasabi ni Anikeeva na maaaring posible ring gamitin ang neural stimulation upang mapahusay ang kakayahang magpalakas ng sarili sa kanilang sarili o kahit na bumuo ng mga intimate interface na may sintetikong sensor.

Sapat na sabihin, hindi namin makikita ang mga uri ng mga teknolohiya para sa mga taon, kung hindi dekada. Ngunit salamat sa gawain ni Tee at sa kanyang koponan sa Stanford, ang landas na maabot ang layuning ito ay nagiging mas malinaw.

Basahin ang buong pag-aaral sa Science : "Ang isang pampasigla sa balat na organic digital mechanoreceptor ".


I-email ang may-akda sa george@gizmodo.com at sundan siya sa @dvorsky . Nangungunang larawan ni Bao Research Group, Stanford University

HighResolutionMusic.com - Download Hi-Res Songs

1 Thomas Rhett

Look What God Gave Her flac

Thomas Rhett. 2019. Writer: Thomas Rhett;Rhett Akins;Julian Bunetta;John Ryan;Jacob Kasher;Ammar Malik.
2 Little Big Town

Don't Threaten Me With A Good Time flac

Little Big Town. 2019. Writer: Thomas Rhett;Karen Fairchild;The Stereotypes;Jesse Frasure;Ashley Gorley.
3 Iselin Solheim

Anyone Out There flac

Iselin Solheim. 2019. Writer: Iselin Solheim;Max Grahn.
4 Kim Petras

Heart To Break flac

Kim Petras. 2018. Writer: Cirkut;Aaron Joseph;Dr. Luke;Jacob Kasher;Kim Petras.
5 Florian Picasso

Midnight Sun (Extended Version) flac

Florian Picasso. 2019.
6 Florian Picasso

Midnight Sun flac

Florian Picasso. 2019.
7 21 Savage

Enzo flac

21 Savage. 2019. Writer: YungLunchBox;Sheck Wes;Offset;Gucci Mane;21 Savage;DJ Snake.
8 Pescro

SUKA flac

Pescro. 2019.
9 Julie Bergan

Don't Give Up On Me Now flac

Julie Bergan. 2019. Writer: R3hab;Ferruccio Tebaldi;Iselin;Maria Jane Smith;Mateusz Dziewulski;Victor Thell.
10 Half An Orange

Buzz Lightyear (WRLD Remix) flac

Half An Orange. 2019.
11 Rachael Yamagata

Is It You flac

Rachael Yamagata. 2019.
12 Lewis Capaldi

Hold Me While You Wait flac

Lewis Capaldi. 2019. Writer: Jamie N Commons;Jamie Hartman;Lewis Capaldi.
13 Christina Perri

Tiny Victories flac

Christina Perri. 2019. Writer: Christina Perri.
14 Of Monsters And Men

Alligator flac

Of Monsters And Men. 2019. Writer: Nanna Bryndís Hilmarsdóttir.
15 Ashley Tisdale

True Romance flac

Ashley Tisdale. 2019. Writer: Scot Stewart;Dylan Mclean;Rachel West;John Feldmann;Ashley Tisdale.
16 Ashley Tisdale

Voices In My Head flac

Ashley Tisdale. 2019. Writer: Whitney Phillips;Scott Stewart;Dylan Mclean;John Feldmann;Ashley Tisdale.
17 Ashley Tisdale

Feeling So Good flac

Ashley Tisdale. 2019. Writer: Ashley Tisdale.
18 Ashley Tisdale

Under Pressure flac

Ashley Tisdale. 2019. Writer: John Feldmann;Ashley Tisdale.
19 Ashley Tisdale

Vibrations flac

Ashley Tisdale. 2019. Writer: Dylan Mclean;Scot Stewart;Rachel West;John Feldmann;Ashley Tisdale.
20 Ashley Tisdale

Looking Glass flac

Ashley Tisdale. 2019. Writer: Dylan Mclean;Scot Stewart;Rachel West;John Feldmann;Ashley Tisdale.

11 Comments

synthozoic
Menebrio
Keyan Reid
FM
Hotscot
Admiral Asskicker

Suggested posts

Other George Dvorsky's posts

Language