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Künstliche Haut bietet einen Schritt in Richtung bionischer Hände
Mit Unterstützung des US-Verteidigungsministeriums machen mehrere Forscher Fortschritte in Richtung menschenähnlicherer Handprothesen – solche, die den Benutzern ein Gefühl der Kontrolle und Berührung vermitteln.
Die Fingerkuppen dieser Prothesenhand sind mit einer neuartigen Kunsthaut überzogen, die leichte Druckgradienten aufnehmen kann.
Wissenschaftler aus Stanford kündigten eine neue Art von Drucksensor in Form eines flachen, flexiblen Materials an, das möglicherweise als künstliche Haut dienen könnte, die über Prothesen gezogen werden könnte und es Benutzern ermöglicht, Objekte nicht nur zu manipulieren, sondern sie auch zu fühlen. Die Sensoren senden Impulse, die das Gehirn interpretiert, um einen bestimmten Tastsinn zu bestimmen. Es ahmt das biologische System direkt nach, sagt der leitende Forscher Zhenan Bao.
Die Haut besteht aus Kunststoff, der mit einem Waffelmuster bedruckt ist, um ihn komprimierbar zu machen. Darin eingebettet sind Kohlenstoffnanoröhren – winzige Zylinder aus reinem Kohlenstoff, die Elektrizität leiten. Das Zusammendrücken des Materials bringt die Stäbe näher zusammen und erzeugt schnellere Impulse, wenn der Druck zunimmt.
In einem Artikel in der dieswöchigen Ausgabe von Wissenschaft , Bao und Kollegen behaupten, dass die Sensoren Druckabstufungen erfassen können, die dem Unterschied zwischen einem festen und einem schlaffen Händedruck entsprechen. Dies ist nur eine Komponente der Berührung und wurde nicht am Menschen getestet. Stattdessen schickten Bao und ihre Kollegen die Signale in vitro an Schnitte des Mausgehirns – nur um zu zeigen, dass sie den Sensor dazu bringen konnten, mit Neuronen zu kommunizieren.
Dennoch ist es ein vielversprechender Schritt auf dem Weg, Prothesen realistischer zu machen. Es ist unmöglich, mit einer Handprothese viel zu tun, wenn man nichts fühlen kann, sagt Sliman Bensmaia, Biologe und Computational Neuroscientist, der an der University of Chicago an künstlichen Gliedmaßen arbeitet. Berührung, sagt er, ist schwer nachzubilden, weil es ein überraschend komplexer Sinn ist. Wir können nicht nur Seide von Satin unterscheiden, sondern auch billige Seide von guter Seide unterscheiden. Wir tun dies, weil unsere Haut Texturen bis zu 10 Nanometern wahrnehmen kann.
Schließlich hoffen die Forscher, Informationen von künstlichen Sensoren in die peripheren Nerven zu leiten, die einst mit der verlorenen Hand verbunden waren. Sie haben bereits Schnittstellen entwickelt, die Benutzern die Möglichkeit geben, ihre Hände zu öffnen und zu schließen (siehe An Artificial Hand With Real Feeling ). Was sie als nächstes möchten, ist die feine Koordination, die es uns ermöglicht, jeden Finger separat zu bewegen.
Und das erfordert elektrische Impulse, die in beide Richtungen übertragen werden – Signale von den Muskeln und Nerven eines Patienten, die die Prothese bewegen, und Sensoren, die dem Patienten ein natürlich wirkendes Feedback geben. Es ist teilweise eine Übersetzungsaufgabe, da sie versuchen, die Sensoren dazu zu bringen, die Sprache des Nervensystems zu sprechen, sagt Dustin Tyler, Professor für Biomedizintechnik an der Case Western Reserve University.
Der schwierige Teil besteht darin, eine Schnittstelle zwischen der Prothese und dem Patienten zu schaffen, die es ermöglicht, diese Sprache in ihrer ganzen Komplexität zu übertragen. Wir sind noch nicht an dem Punkt, an dem wir die natürliche Berührung reproduzieren können, aber wir sind an dem Punkt, an dem wir nützliche Berührungsempfindungen vermitteln können, sagt Bensmaia.