Navorsers het 'n kunsmatige sensoriese senuweestelsel ontwikkel wat inligting soortgelyk aan die menslike liggaam kan verwerk en dit effektief aan prostetiese ledemate kan gee
Ons vel, liggaam se grootste orgaan, is ook die belangrikste aangesien dit ons hele liggaam bedek, ons liggaamstemperatuur beheer en ons beskerm teen skadelike eksterne faktore soos son, abnormale temperature, kieme ens. Ons vel kan merkwaardig rek en kan homself herstel. Die vel is ook belangrik omdat dit ons 'n gevoel van aanraking gee waardeur ons besluite kan neem. Vel is 'n komplekse waarnemings- en seinstelsel vir ons.
In 'n studie gepubliseer in Wetenskap, het navorsers onder leiding van prof Zhenan Bao by Stanford Universiteit en Seoul Nasionale Universiteit 'n ontwikkel kunsmatige sensoriese senuweestelsel wat 'n groot stap kan wees in die rigting van die skep van "kunsmatige vel" vir prostetika ledemate wat sensasie kan herstel en soos 'n normale velbedekking kan optree. Die uitdagende aspek van hierdie studie was hoe om ons vel wat verskeie unieke eienskappe besit, effektief na te boots. Die kenmerk wat die moeilikste is om na te boots, is die manier waarop ons vel soos 'n slim optree sensoriese netwerk wat eerstens sensasies na die brein oordra en ook ons spiere beveel om deur 'n refleks te reageer om vinnige besluite te neem. Byvoorbeeld, 'n tik laat elmboogspiere strek, en sensors in hierdie spiere stuur impuls na die brein deur 'n neuron. Die neuron stuur dan 'n reeks seine na relevante sinapse. Die sinaptiese netwerk in ons liggaam herken die patroon van skielike strek in spiere en stuur twee seine gelyktydig uit. Een sein laat die elmboogspiere saamtrek as 'n refleks en die tweede sein gaan na die brein om oor hierdie sensasie in te lig. Hierdie hele volgorde van gebeurtenis gebeur in amper 'n breukdeel van sekondes. Om hierdie ingewikkelde biologiese sensoriese senuweestelsels na te boots, insluitend alle funksionele elemente in die netwerk van neurone, bly steeds uitdagend.
Unieke sensoriese senuweestelsel wat die ware "naboots".
Navorsers het 'n unieke sensoriese nooit-stelsel geskep wat kan herhaal hoe die menslike senuweestelsel funksioneer. Die "kunsmatige senuweekring" wat deur navorsers ontwerp is, integreer drie komponente in 'n plat, buigsame vel wat 'n paar sentimeter meet. Hierdie komponente is voorheen individueel beskryf. Die eerste komponent is 'n aanraking sensor wat kragte en druk (selfs minies) kan opspoor. Hierdie sensor (gemaak van organiese polimere, koolstofnanobuise en goue elektrodes) stuur seine deur 'n tweede komponent, 'n buigsame elektroniese neuron. Beide hierdie komponente is verbeterde en verbeterde weergawes van wat voorheen deur dieselfde navorsers ontwikkel is. Sensoriese seine wat gegenereer en deur hierdie twee komponente gevoer word, word aan 'n derde komponent gelewer, 'n kunsmatige sinaptiese transistor wat presies soos menslike sinapse in die brein gemodelleer is. Al hierdie drie komponente moet samehangend werk en die demonstrasie van die eindfunksie was die mees uitdagende aspek. Werklike biologiese sinapse herlei seine en stoor inligting wat nodig is om besluite te neem. Hierdie sinaptiese transistor "verrig" hierdie funksies deur elektroniese seine aan die sinaptiese transistor te lewer deur die kunsmatige senuweekring te gebruik. Daarom leer hierdie kunsmatige stelsel om sensoriese insette te herken en daarop te reageer gebaseer op die intensiteit en frekwensie van lae-krag seine, net soos 'n biologiese sinaps in 'n lewende liggaam sou doen. Die nuwigheid van hierdie studie is hoe hierdie drie individuele komponente wat voorheen bekend was vir die eerste keer suksesvol geïntegreer is om 'n samehangende stelsel te lewer.
Navorsers het die vermoë van hierdie stelsel getoets om reflekse te genereer en ook aanraking te voel. In een eksperiment het hulle hul kunsmatige senuwee aan 'n kakkerlakpoot geheg en klein druk op hul raaksensor toegepas. Die elektroniese neuron het die sensorsein in digitale seine omgeskakel en dit deur die sinaptiese transistor gestuur. Dit het die kakkerlak se been laat ruk op grond van die druktoename of afname in die raaksensor. So, hierdie kunsmatige opstelling het beslis die twitch-refleks geaktiveer. In 'n tweede eksperiment het navorsers die vermoë van die kunsmatige senuwee getoon om verskillende aanrakingsensasies op te spoor deur in staat te wees om Brailleletters te onderskei. In 'n ander toets het hulle 'n silinder oor die sensor in verskillende rigtings gerol en kon die presiese rigting van die beweging akkuraat bespeur. Dus, hierdie toestel is in staat om voorwerpherkenning en fyn tasbare inligtingverwerking soos tekstuurherkenning, braillelees en onderskeidende rande van voorwerpe te verbeter.
Toekoms van kunsmatige sensoriese senuweestelsel
Hierdie kunsmatige senuwee-tegnologie is in 'n baie vroeë stadium en het nie die vereiste kompleksiteitsvlak bereik nie, maar het groot hoop gegee om kunsmatige velbedekkings te skep. Dit is duidelik dat sulke "bedekkings" ook toestelle sal vereis om hitte, vibrasie, druk en ander kragte en sensasies op te spoor. Hulle moet 'n goeie vermoë hê om in buigsame stroombane ingebed te word sodat hulle effektief met die brein kan koppel. Om ons vel na te boots, moet die toestel meer integrasie en funksionaliteit hê wat dit meer stabiel en betroubaar sal maak.
Hierdie kunsmatige senuwee-tegnologie kan 'n seën vir prostetika wees en sensasies by geamputeerdes herstel. Die prostetiese toestelle het oor die jaar baie verbeter met meer 3D-druktegnologie beskikbaar en meer reageerende robotikastelsels. Ten spyte van hierdie opgraderings, moet die meeste prostetiese toestelle wat vandag beskikbaar is, op 'n baie rowwe manier beheer word, aangesien hulle nie 'n goeie bevredigende koppelvlak met die brein bied nie as gevolg van 'n gebrek aan inkorporering van die ingewikkeldhede van die groot menslike senuweestelsel. Die toestel gee nie terugvoer nie en dus voel die pasiënt baie ontevrede en gooi dit vroeër of later weg. So 'n kunsmatige senuwee-tegnologie sal, wanneer dit suksesvol in prostetika geïnkorporeer word, aanraakinligting vir gebruikers lewer en sal help om die pasiënte 'n beter ervaring te bied. Hierdie toestel is 'n groot stap in die rigting van die maak van velagtige sensoriese neurale netwerke vir verskeie toepassings deur kragte van refleks en aanraking te verleen.
***
{Jy kan die oorspronklike navorsingsartikel lees deur die DOI-skakel wat hieronder gegee word in die lys van aangehaalde bronne te klik}
Bronne)
Yeongin K et al. 2018. 'n Bio-geïnspireerde buigsame organiese kunsmatige afferente senuwee. Wetenskap. https://doi.org/10.1126/science.aao0098
