За последнее время в области протезирования человеческих конечностей достигнуто немало успехов. Наиболее высокотехнологичные экземпляры протезов позволяют управлять ими с помощью своих родных нервов, мышц и даже мозга.

Немалая часть усилий исследователей по всему миру в этой области сейчас посвящена решению проблемы передачи наиболее реальных тактильных ощущений. Но на данный момент ещё не создана технология, которая безошибочно оповестит человека о том, что предмет обжигающе горячий или вот-вот выскользнет из рук.

Группа корейских исследователей из Сеульского национального университета (SNU) и их американские коллеги занимаются разработкой «умной кожи» для протезов нового уровня. Учёные создали материал, который имитирует упругость и сенсорные возможности живой кожи.

Рис. 1. Прототип протеза руки, покрытой кожей нового поколения.

Полимерная основа пронизана плотной сетью всевозможных датчиков, изготовленных из ультратонкого золота и монокристаллического кремния.

Обычно хрупкие кремниевые элементы выполнены в змеевидной форме, что даёт возможность «коже» растягиваться. На один миллиметр нового материала приходится до 400 датчиков температуры, влажности, растяжения и давления.

Кожа на живой руке подвергается растяжениям неравномерно, да и её чувствительность меняется в зависимости от местоположения. Новый материал будет полностью соответствовать этим природным «требованиям». Датчики будут распределены в нём также в зависимости от природной необходимости, то есть их будет гораздо больше в области кончиков пальцев, чем, скажем, на тыльной стороне ладони.

Учёные также добавили «коже» дополнительный слой, который нагревает материал до температуры покровов человека.

Рис. 2. Прототип кожи нового поколения, оснащенный датчиками способен, растягиваться на 20%.

Несмотря на впечатляющий результат корейцев в области чувствительности, до сих пор не решена главная проблема, с которой сталкиваются все изготовители высокотехнологичных протезов: как наладить эффективную связь между сенсорами и нервной системой владельца, чтобы обеспечить максимально реалистичные ощущения? В действующей модели сигналы датчиков передаются нервам с помощью массива платиновых электродов, покрытых оксидом церия для предотвращения воспаления тканей.

Во время демонстрации изобретения руководитель проекта Дэ-Хен Ким (Dae-Hyeong Kim) и его коллеги подключили «умную кожу» к мозгу мыши и регистрировали реакцию сенсорной коры. Однако, по словам исследователей, ответные сигналы не дают понимания, в какой степени животные чувствуют тепло, давление или влагу. Возможно, эксперименты на крупных животных помогут найти ответ.

Подробнее с результатами работы можно познакомиться в статье, опубликованной в издании Nature.