New Synthetic Nerve System Could Enable Prosthetic Limbs to Have a Sense of Touch
Le protesi sono migliorate rapidamente negli ultimi anni grazie a tecnologie come la stampa 3D e sistemi di robotica più reattivi. Tuttavia, un team internazionale di ricercatori potrebbe avere un modo per conferire alle protesi un aspetto completamente diverso - letteralmente. Un team della Stanford University ha sviluppato un nuovo stile di nervo artificiale in grado di elaborare informazioni simili al corpo umano.
Per i ricercatori di Stanford e Seoul National University, questo significa che il loro sistema nervoso artificiale potrebbe attivare il riflesso di uno scarafaggio e persino identificare le lettere braille.
Amir M. Foudeh/Yeongin Kim/Zhenan Bao/Tae-Woo Lee via Nature
"Diamo per scontato la pelle, ma è un complesso sistema di rilevamento, segnalazione e decisione"
ha affermato Zhenan Bao, professore di ingegneria chimica e uno degli autori senior.
"Questo sistema nervoso sensoriale artificiale è un passo avanti verso la creazione di reti neurali sensoriali simili alla pelle per ogni tipo di applicazione."
Negli ultimi anni ci sono state centinaia di innovazioni nelle protesi. Ad esempio, gli amputati possono ora controllare il movimento del braccio usando solo i loro pensieri. Altri tipi di arti hanno sensori di pressione per aiutare a controllare la presa dell'utente in un modo più naturale. Tuttavia, questi aggiornamenti hanno costantemente perso la complessità del sistema nervoso umano. Il team di ricerca ha voluto replicare la vasta rete che consente a molte informazioni di viaggiare attraverso il nostro corpo fino al nostro cervello.
Bao e il suo team hanno creato il loro unico nervo sensoriale per replicare il funzionamento del sistema nervoso umano. Il team ha utilizzato composti organici con tre parti. La prima parte conteneva dozzine di sensori per rilevare vari segnali di pressione. Premendo su un sensore, c'era una tensione aumentata tra due elettrodi. Quel cambiamento di tensione viene rilevato dal secondo pezzo del sistema sintetico. Il team ha utilizzato un oscillatore ad anello per convertire i cambiamenti di tensione in impulsi elettrici. Quegli impulsi poi vanno a un transistor sinaptico. Quel transistor produce impulsi che corrispondono a quelli provenienti dai neuroni biologici.
Questo progetto fa parte del più ampio viaggio di Bao per imitare il modo in cui la pelle si estende, si cura e agisce come una massiccia rete sensoriale che può sia inviare sentimenti piacevoli al cervello, ma anche innescare decisioni rapide.
Un articolo che descrive dettagliatamente il sistema nervoso è stato pubblicato in una recente edizione di Science.
Il professore di Seol National University Tae-Woo Lee è responsabile del transistor sinaptico. Lee ha trascorso il suo anno sabbatico aiutando Bao nel suo laboratorio di Stanford per aiutare il progetto.
"Le sinapsi biologiche possono trasmettere segnali e anche memorizzare le informazioni per prendere decisioni semplici"
ha detto Lee, che era un secondo autore senior sulla carta.
"Il transistor sinaptico svolge queste funzioni nel circuito del nervo artificiale."
Secondo il team, Lee ha usato un riflesso del ginocchio per mostrare quanto avanzata questa tecnologia potrebbe diventare se dovesse essere accoppiato con dispositivi protesici. Lee ha usato il ginocchio per un esempio perché quando il corpo riceve un colpetto sul ginocchio, i muscoli inviano un neurone che invia segnali alle sinapsi. La rete può quindi riconoscere un modello e causare il ginocchio a contrarsi rapidamente e un segnale meno urgente per inviare quella sensazione al cervello.
I ricercatori sperano di portare la tecnologia dei nervi artificiali più lontano di quanto non sia mai stata prima. Il team vuole anche creare reti di sensori artificiali a bassa potenza per la robotica al fine di migliorare la loro agilità e azioni.