ایجاد حس درد و فشار در انگشتان مصنوعی با پوست الکتریکی

پژوهشگران John Hopkins‌ با استفاده از پوست الکتریکی خاص خود توانستند راهی برای ایجاد حس لامسه در دست مصنوعی بیابند. آنان از نحوه‌ی عملکرد پوست بدن انسان الهام گرفته‌اند. برای آشنایی با این سامانه با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

ایجاد حس لامسه در اعضای مصنوعی

چرا حس لامسه و درد در عضو مصنوعی مهم است؟

گروهی از پژوهشگران دانشگاه Johns Hopkins با کپی برداری از تواناهایی طبیعی پوست توانستند حس درد را به مغز مخابره کنند. اما چرا فردی باید به دنبال حس کردن درد باشد؟ در بسیاری موارد حس درد به بدن در محافظت از خود کمک می‌کند. حس درد هنگام لمس اشیای داغ یا تیز به فرد اخطار می‌دهد. به طور مشابه فردی که از بازوی مصنوعی استفاده می‌کند با احساس خطر می‌تواند از بازوی خود محافظت کند. این عقیده‌ی Nitish Thakor استاد مهندسی پزشکی دانشگاه John Hopkins است. وی همچنین یکی از بنیانگذاران موسسه‌ی Infinite Biomedical Technologies است. شایان ذکر است که حس لامسه در ربات‌ها نیز برای در دست گرفتن اشیا مهم است.

Thakor معتقد است توانایی تشخیص فشار، حس اشیا و حتی حس درد به معنای داشتن پروتزی انسان گونه است. در پژوهشی که Thakor و دانشجوی وی Luke Osborn به همراهی جمعی دیگر در Science Robotics به چاپ رسانیدند نحوه‌ی کار این سامانه‌ی e-dermis شرح داده شده است.

نحوه ی ایجاد حس لامسه در سامانه ی John Hopkins

به گفته‌ی Thakor‌ گروه پژوهشی John Hopkins‌ از نحوه‌ی بازخورد حسی پوست بدن الهام گرفته‌اند. پوست بدن از چندین لایه حسگر و دریافت کننده ساخته شده است. به طور مشابه سامانه‌ی e-dermis نیز از چندین لایه‌ی پیزومقاومتی و پارچه‌های رسانا، به جای لایه‌های پوستی و چندین نوع سلول، ساخته شده است. این آرایه امکان حس کردن اشیا و درک فشار را ممکن می‌سازد. لایه‌های پوست معمولی همچنین در برابر فشار واکنش‌های متفاوتی نشان می‌دهد. عملکرد این دست مصنوعی نیز به همین شکل است. برخی لایه‌ها سریعا واکنشی نشان می‌دهند و برخی واکنشی آهسته و با تاخیر خواهند داشت.

بازخوردهای سامانه‌ی e-dermis به صورت پتانسیل عمل یا action potential در می‌آید. این پالس الکتریکی مشابه چیزی است که نورون‌های زنده برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند. با انتقال این سیگنال عصبی در پوست می‌توان حس درد و حس لامسه را ایجاد کرد( برای مشاهده‌ی مقالات بیشتر در مورد حس لامسه در ربات‌ها به این فهرست مراجعه نمایید).

آزمایش تجربی e-dermis

این گروه سامانه‌ی خود را روی یک فرد ۲۹ ساله آزموده‌اند. از این داوطلب به طور رسمی در مقاله نامی برده نشده است. وی از ناحیه‌ی بازو دچار معلولیت بوده است. Osborn برای درک بهتر کار اعصاب دو ماه وقت صرف کرد. وی سامانه‌ی عصبی که منجر به حس فانتوم در دست وی می‌شد را نقشه برداری کرد. ردیابی سامانه‌ی عصبی درد فانتوم برای ایجاد حس لامسه بسیار مهم است. برای این کار از سیگنال‌های تحریک کننده‌ی کوچک استفاده شده است.

در طی این فرآیند Osborn متوجه شد که در فرکانس و جریان صحیح می‌توان حس لامسه و حتی درد را به بیمار القا نمود. البته نه درد بسیار زیاد. درد حس شده توسط داوطلب از مقیاس ۱۰ فقط ۳ گزارش شده است.

پس از نقشه برداری گروه پژوهشی کل سامانه را روی بدن بیمار قرار داد. سامانه‌ی e-dermis نیز روی انگشت‌های دست مصنوعی قرار گرفت. با این سامانه فرد داوطلب به شکل واضح قادر به تمیز دادن اشیای تیز از اشیا گرد بود. دست مصنوعی نیز برای رها کردن اشیا در صورت احساس درد برنامه ریزی شده بود.

سخن نهایی

در این پژوهش سیگنال‌های عصبی به کمک پوست مصنوعی تولید می‌شد. اما از روش‌های دیگری نیز برای تولید سیگنال عصبی می‌توان کمک گرفت. به طور مثال می‌توان از الکترودهای خاص استفاده کرد. استفاده از ایمپلنت‌‌های مغزی نیز گزینه‌ای دیگر است.

این فناوری کاربردهای در واقعیت افزوده و علوم رباتیک دارد. هر چند مسئولین پروژه هنوز به طور دقیق این کاربردها را معرفی ننموده‌اند. اما مشخصا با فناوری پیشرفته‌تر می‌توان حس لامسه‌ی بهتری را شبیه سازی کرد. در نتیجه ربات‌ها توانایی بیشتری در گرفتن اشیا خواهند داشت.


بیشتر بخوانیم:
کنترل اسکلت بیرونی با نیروی تفکر بوسیله ایمپلنت sentrode

بهبود کنترل اسکلت بیرونی به کمک امواج مغزی

استفاده از هوش مصنوعی آمازون برای کنترل اسکلت بیرونی


منبع: IEEE

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

ExosNews on Telegram

ما را در تلگرام دنبال کنید!

مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی

عضویت در کانال تلگرام
بستن