Растяжимые наноленты из кремния позволили создать искусственную кожу

Протез руки, на поверхности которого размещена искусственная кожа, созданная корейскими специалистами. (кликните картинку для увеличения)

Протез руки, на поверхности которого размещена искусственная кожа, созданная корейскими специалистами. (кликните картинку для увеличения)

16.12.2014 (11:04)
Просмотров: 1736
Рейтинг: 0.00
Голосов: 0

Теги:
протез, нанолента, кожа,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Исследователи из Кореи создали новый тип «умной» искусственной кожи на основе кремниевых нанолент. Кожа позволяет ощущать напряжение, давление, температуру и влажность. Покрытие, которое содержит растягиваемые микроэлектродные массивы, в перспективе может использоваться для протезирования и в робототехнике.

Исследовательские группы из разных точек мира добились больших успехов, создавая роботизированные руки и ноги, содержащие механические двигатели и приводы. Но еще одна важная тенденция – разработка так называемой электронной кожи и попытки соединения ее с периферической нервной системой человека, чтобы пациенты с ампутированными конечностями могли ощущать внешние раздражители. Подобные покрытия должны быть в состоянии обрабатывать данные, принимать команды из моторной коры головного мозга, а затем передавать сигналы через нервы к роботизированным конечностям. Несмотря на то, что ученые продвинулись довольно далеко в понимании нейронных цепей, воспроизводство подобных схем в искусственной коже для протезирования все еще остается сложной задачей. Поэтому большинство инвалидов с ампутированными конечностями сегодня носят протезы по чисто косметическим причинам или в качестве вспомогательного элемента для движения, а не в качестве функциональных заменителей природных конечностей.

Одной из основных проблем является то, что искусственная кожа должна быть тонкой и достаточно гибкой, чтобы хорошо оборачиваться вокруг криволинейных поверхностей, например, пальцев. Кроме того, она должна сопрягаться с мягкой биологической тканью без повреждения последней. Совмещение этих условий в одном материале чрезвычайно сложно, поскольку большинство материалов, используемых в современной электронике (таких, как кремний), довольно хрупкие и твердые.

Для преодоления технологического разрыва между настоящей и искусственной кожей уже создано множество гибких и растяжимых тактильных датчиков, основанных на различных микро- и наноматериалах. В первую очередь это чувствительные к давлению каучуки, использующиеся в качестве резистивных элементов, которые отвечают на деформации растяжения. Также стоит упомянуть транзисторы, сформированные на основе наноматериалов, несмотря на то, что они далеки от совершенства с точки зрения времени реакции на воздействие. В этом отношении наилучший результат показывают монокристаллические кремниевые датчики на эластомерах, которые уже используются для фиксации движения пальцев и запястья. Тем не менее, до сих пор ни одно из перечисленных устройств не дает возможность почувствовать пациентам давление, температуру и влажность одновременно (за счет сопряжения с электрорезистивными термическими приводами).

В отличие от перечисленных выше устройств искусственная кожа, созданная группой ученых из Seoul National University (Корея) из мягкого эластомера, содержащего массивы кремниевых нанолент и растяжимые нагревательные элементы, ведет себя практически, как настоящая. Она содержит многочисленные массивы датчиков, которые могут растягиваться так же, как это делает человеческая кожа. Некоторые фрагменты этого покрытия растягиваются всего на 1%, однако остальные тянутся до 20%.

Исследователи также показали, что созданная ими кожа может быть подключена к периферическим нервам при помощи ультратонких массивов электродов с наночастицами церия для уменьшения воспалительных реакций (это было доказано в опытах на мышах). Таким образом, протез, покрытый такой кожей, позволит пациенту по-настоящему чувствовать внешние раздражители.

Ученым уже удалось покрыть сформированной искусственной кожей протез руки, а также, как было отмечено выше, подключить сенсоры к периферическим нервам в мышечных тканях крыс. Следующим шагом будет проба технологии на более крупных животных.

Подробные результаты научной группы опубликованы в журнале Nature Communications.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное


Rambler's Top100