Elektronická kůže cítí tlak, teplotu i bolest

Elektronická kůže cítí tlak, teplotu i bolest

Fyzika / článek

Napodobování schopností přírody má v souvislosti s rozvojem robotiky ve vědeckých laboratořích zelenou. Australští fyzici vyvinuli materiál, který imituje funkce kožních receptorů a dokáže přenášet vjemy, jako je tlak, teplota nebo bolest.

Prototyp elektronické kůže, kterou vyvinuli vědci z australské RMIT University (foto: RMIT University)
Prototyp elektronické kůže, kterou vyvinuli vědci z australské RMIT University (foto: RMIT University)

Kůže je naším největším smyslovým orgánem. Obsahuje velké množství receptorů, které nepřetržitě monitorují úroveň podnětů přicházejících z okolního prostředí. Nashromážděné informace jsou pomocí těchto čidel přenášeny do mozku, který v reálném čase rozhoduje, jak bude organismus na daný podnět reagovat. Pokud vzroste úroveň určitého podnětu nad nebezpečnou mez, mozek zvolí reakci, která organismus ochrání před nebezpečím.

Pro naše přežití jsou zvlášť důležité tři druhy receptorů. Jsou to Paciniho tělíska, která monitorují tlak, termoreceptory, které cítí teplotu, a nociceptory indikující bolest. Napodobit vlastnosti kožních receptorů je nesmírně složité, teď se to však podařilo vědcům z australské RMIT University, kteří k tomuto účelu využili zařízení zvané „memristor“ (z angl. memory resistor).

Memristor je elektronický prvek, který se chová jako proměnný odpor, jehož velikost závisí na množství proteklého elektrického náboje. Zařízení dokáže regulovat proud v elektrických obvodech a přitom si umí zapamatovat, kolik náboje obvodem naposledy proteklo. Podobně jako používá mozek svoji dlouhodobou paměť k rozhodování, jak reagovat na určitý podnět, umí memristor na základě podnětu detekovaného sub-nanometrovými vodivými vlákny vyhodnotit, kdy přepnout mezi různými paměťovými stavy.

Memristor vyrobený na bázi stroncium titanátu vědci zkombinovali s elastickým tlakovým čidlem (zlato na křemíku), které imituje funkci Paciniho tělísek. Memristor navíc zabudovali do teplotního spouštěče z oxidu vanadia, který může být naladěn na přechod mezi kovovou a izolační fází při definované teplotě. Tímto způsobem se jim podařilo napodobit funkci termoreceptorů a čtyři kritické funkce nociceptorů.

Výsledkem je průhledná odolná biokompatibilní vrstva se zabudovanými umělými čidly, které napodobují funkci lidské kůže. Materiál vykazuje odezvy na různé vícenásobné podněty a přesně reprodukuje funkci lidského nervového systému. Pokud použitá úroveň tlaku, teploty a bolesti překročí prahovou hodnotu akceptovatelnou živým organismem, vrstva se okamžitě aktivuje.

Elektronická kůže je dostupná a snadno vyrobitelná, mohla by tedy znamenat pokrok zejména v oblasti medicínské péče. Zde by mohla najít uplatnění jako neinvazivní transplantát, který dokáže nahradit poškozené receptory. Vynález však otevírá možnosti také v dalších oborech, jako je například robotika, kde by mohl vést k pokroku v konstrukci robotů napodobujících člověka a také sloužit ke zdokonalení zpětnovazebního mechanismu na rozhraní živý organismus – stroj.

Původní práce byla uveřejněna v Advanced Intelligent Systems.


Mohlo by vás také zajímat:

Nobelova cena za fyziku 2020
Fyzici proti covidu
Pozorování vzácného jevu v CERN