Wie man gefälschten Händen ein echtes Gefühl gibt

Die menschliche Hand hat 17.000 Berührungssensoren, die uns helfen, Dinge aufzunehmen und uns mit der physischen Welt zu verbinden. Eine Hand- oder Fußprothese hat überhaupt kein Gefühl.

Zhenan Bao hofft, dies zu ändern, indem er Prothesen mit elektronischer Haut umhüllt, die Druck wahrnehmen, beim Schneiden heilen und sensorische Daten verarbeiten kann. Es ist ein entscheidender Schritt in Richtung Prothesen, die eines Tages mit dem Nervensystem verdrahtet werden könnten, um einen Tastsinn zu vermitteln. Noch bevor dies möglich ist, würde eine weiche, aber griffige elektronische Haut Amputierten und Verbrennungsopfern mehr alltägliche Aufgaben wie das Aufheben empfindlicher Gegenstände ermöglichen – und möglicherweise helfen, Phantomschmerzen zu lindern.

Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom September 2016

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Um die Fähigkeiten der Haut menschlicher Hände nachzuahmen und in gewisser Weise zu übertreffen, überdenkt Bao, was ein elektronisches Material sein kann. Elektronische Haut sollte nicht nur druckempfindlich, sondern auch leicht, strapazierfähig, dehnbar, biegsam und selbstheilend sein, genau wie echte Haut. Es sollte auch relativ kostengünstig in großen Bögen zum Umwickeln von Prothesen herzustellen sein. Herkömmliche elektronische Materialien sind keines dieser Dinge.

Bao (ein MIT Technology Review Innovator unter 35 im Jahr 2003 ) arbeitet seit 2010 an elektronischer Haut. Sie musste für jedes elektronische Bauteil neue chemische Rezepte erstellen und starre Materialien wie Silizium durch flexible organische Moleküle, Polymere und Nanomaterialien ersetzen.

Zhenan Bao

Baos Gruppe verwendet dehnbare Gummimaterialien, die in der Art und Weise, wie sie nachgeben und sich erholen, der menschlichen Haut ähneln. Manchmal mischt ihr Team elektronische Materialien in den Gummi; andere Male bauen sie darauf auf. Um einen Berührungssensor herzustellen, mischen Forscher Kohlenstoff hinzu, der elektrisch leitfähig ist. Die Spannung über dieser leitfähigen Gummifolie ändert sich, wenn das Material gepresst wird. Baos Gruppe fand heraus, dass das Abdecken dieser Berührungssensoren mit einem Muster aus Mikropyramiden ihre Berührungsempfindlichkeit verbessert – ähnlich wie die Wirbel unserer Fingerabdrücke. Je nach Ausführung können diese Sensoren mindestens so empfindlich gemacht werden wie die Haut unserer Hände. Ihre Gruppe druckt auch Transistoren, elektrische Leitungen und andere Komponenten auf die gummiartigen Häute, um dehnbare Schaltkreise herzustellen, die Daten von Berührungssensoren an einer Handprothese verarbeiten könnten.

Auf der linken Seite kann eine mit Silber-Nanopartikel-Tinte beladene Airbrush verwendet werden, um elektrische Kontakte und Drähte durch eine Schablone zu drucken.

Rechts sind durch ein Mikroskop winzige Pyramiden auf einem Berührungssensor sichtbar. Diese 50 Mikrometer breiten Merkmale verbessern die Empfindlichkeit, genau wie die Grate unserer Fingerabdrücke.

Auf der linken Seite kann eine mit Silber-Nanopartikel-Tinte beladene Airbrush verwendet werden, um elektrische Kontakte und Drähte durch eine Schablone zu drucken.

Rechts sind durch ein Mikroskop winzige Pyramiden auf einem Berührungssensor sichtbar. Diese 50 Mikrometer breiten Merkmale verbessern die Empfindlichkeit, genau wie die Grate unserer Fingerabdrücke.

Jede Fingerspitze dieser hölzernen Anzeigehand ist mit einem dehnbaren Berührungssensor ausgestattet, der mit elektrischen Leitungen verbunden ist, die Daten zu einem flexiblen elektronischen Kontrollzentrum auf der Handfläche übertragen.

Jetzt arbeitet Bao an seltsameren Materialien. Ein von ihr entwickeltes Polymer ist viel dehnbarer als die menschliche Haut: Es kann auf das 100-fache seiner normalen Länge gezogen werden, ohne zu brechen. Dieses Material heilt auch, wenn es geschnitten wird, ohne Hitze oder andere Auslöser. Und es kann wie ein schwacher künstlicher Muskel wirken, der sich ausdehnt und zusammenzieht, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird.

Mit den grundlegenden Materialien und Designs arbeitet sie an Halbleitern und anderen elektronischen Materialien, die die gleichen Heilungs- und Dehnungsfähigkeiten haben. Aber die elektronischen Materialien neu zu erfinden wird nicht ausreichen: Daten von diesen künstlichen Häuten müssen in einem für den Körper verständlichen Format an das Nervensystem geliefert werden. Baos Gruppe arbeitet nun an Schaltungsdesigns, die Signale an das Nervensystem senden, damit elektronische Skins eines Tages Amputierten nicht nur helfen, ihre Geschicklichkeit wiederzuerlangen, sondern sie auch die Berührung ihrer Lieben spüren lassen.

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