Un team di ricerca ha sviluppato una pelle artificiale elettronica che reagisce al dolore proprio come la pelle reale, aprendo la strada a protesi migliori, robotica più intelligente e alternative non invasive agli innesti cutanei.
Il prototipo sviluppato da un team della RMIT University di Melbourne, in Australia, può replicare con una pelle elettronica il modo in cui la pelle umana percepisce il dolore. Il dispositivo imita la risposta di feedback quasi istantanea del corpo e può reagire a sensazioni dolorose con la stessa velocità con cui i segnali nervosi viaggiano al cervello.
Il ricercatore capo, il professor Madhu Bhaskaran, ha affermato che il prototipo di rilevamento del dolore rappresenta un progresso significativo verso tecnologie biomediche di prossima generazione e per la robotica intelligente.
La pelle è il più grande organo sensoriale del nostro corpo, con caratteristiche complesse progettate per inviare segnali rapidissimi quando qualcosa fa male. Nessuna tecnologia elettronica era stata in grado di imitare realisticamente la sensazione umana di dolore, fino ad ora.
Madhu Bhaskaran, co-leader del gruppo Functional Materials and Microsystems presso RMIT
Come funziona la pelle umana
Avvertiamo sensazioni attraverso la nostra pelle per tutto il tempo, ma la nostra risposta al dolore si manifesta solo a un certo punto (come quando tocchiamo qualcosa di troppo caldo o troppo appuntito). La pelle elettronica sviluppata alla RMIT reagisce istantaneamente quando la pressione, il caldo o il freddo raggiungono una certa soglia. È un passo avanti fondamentale nello sviluppo futuro di sofisticati sistemi di feedback di cui abbiamo bisogno per fornire protesi veramente intelligenti e robotica intelligente.
Prototipi di rilevamento funzionale
Oltre alla “pelle elettronica”, il prototipo vero e proprio di rilevamento del dolore, il team di ricerca ha anche sviluppato dispositivi che utilizzano elettronica estensibile in grado di rilevare e rispondere ai cambiamenti di temperatura e pressione. Bhaskaran, ha affermato che i tre prototipi funzionali sono stati progettati per fornire le caratteristiche chiave della capacità di rilevamento della pelle umana in forma elettronica.
Con un ulteriore sviluppo, la pelle artificiale estensibile potrebbe anche essere un’opzione futura per innesti cutanei non invasivi, dove l’approccio tradizionale non è praticabile o non funziona.
“Abbiamo bisogno di ulteriori sviluppi per integrare questa tecnologia nelle applicazioni biomediche. I fondamenti (biocompatibilità ed elasticità simile alla pelle) sono già presenti”, ha detto Bhaskaran.
Come funziona la pelle elettronica
La nuova ricerca, pubblicata su Advanced Intelligent Systems e depositata come brevetto provvisorio, combina tre tecnologie precedentemente sperimentate e brevettate dal team:
- Elettronica estensibile. Combina materiali di ossido con silicio biocompatibile per fornire elettronica trasparente, infrangibile e indossabile sottile come un adesivo.
- Rivestimenti termoreattivi. Rivestimenti automodificanti 1.000 volte più sottili di un capello umano basati su un materiale che si trasforma in risposta al calore.
- Memoria che imita il cervello. Celle di memoria elettroniche che imitano il modo in cui il cervello utilizza la memoria a lungo termine per richiamare e conservare le informazioni precedenti.
Il prototipo del sensore di pressione combina elettronica estensibile e celle di memoria a lungo termine. Il sensore di calore riunisce rivestimenti e memoria reattivi alla temperatura. Il sensore del dolore integra tutte e tre le tecnologie.
Il ricercatore PhD Md Ataur Rahman ha affermato che le celle di memoria in ciascun prototipo dei fattori che compongono la pelle elettronica sono responsabili dell’attivazione di una risposta quando la pressione, il calore o il dolore hanno raggiunto una soglia prestabilita.
Abbiamo essenzialmente creato i primi somatosensori elettronici. Abbiamo replicato le caratteristiche chiave del complesso sistema del corpo di neuroni, percorsi neurali e recettori che guidano la nostra percezione degli stimoli sensoriali
Ataur Rahman, MRIT
Le tecnologie esistenti usavano segnali elettrici per imitare diversi livelli di dolore. Questa nuova pelle elettronica può reagire a pressione, temperatura e dolore meccanici reali e fornire la giusta risposta. È un notevole salto in avanti. Significa che la pelle elettronica conosce la differenza tra toccare delicatamente uno spillo con il dito o pungersi accidentalmente. Una distinzione fondamentale che non era mai stata raggiunta prima elettronicamente.
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“Artificial Somatosensors: Feedback receptors for electronic skin”. Pubblicata su Advanced Intelligent Systems (DOI: 10.1002 / aisy.202000094).
