Araştırmacılar, dürtüldüğünde veya haşlandığında bir parmak, ayak parmağı veya uzuvun hareket etmesine neden olan aynı işlemi taklit edebilen elektronik bir cilt geliştirdiler. Teknoloji, protez uzuvlar için, takanlara dokunma hissi verecek veya cildi zarar görmüş insanlarda duyuyu geri kazanmaya yardımcı olacak bir kaplamanın geliştirilmesine yol açabilir.
‘E-cilt’ Kaliforniya’daki Stanford Üniversitesi’nde kimya mühendisi Zhenan Bao’nun laboratuvarında geliştirildi. Ekibi uzun süredir yumuşak ve esnek ama aynı zamanda beyne elektrik sinyalleri göndererek kullanıcının basıncı, gerilimi veya sıcaklıktaki değişiklikleri “hissetmesini” sağlayan bir protez cilt yapmaya çalışıyor.
18 Mayıs’ta yayınlanan son çalışma Bilimbir sıçanın beynindeki motor korteksin bir kısmına, e-deriye basıldığında veya sıkıldığında hayvanın bacağının seğirmesine neden olan bir sinyal iletebilen ince, esnek bir sensörü tanımlar.
Bao, “Bu güncel e-cilt gerçekten de hayalini kurduğumuz tüm özelliklere sahip” diyor. “Uzun zamandır bunun hakkında konuşuyoruz.”
Hassas cilt
Sağlıklı yaşayan deride, mekanik reseptörler bilgiyi algılar ve onu sinir sistemi yoluyla beyne iletilen elektrik darbelerine dönüştürür. Bunu çoğaltmak için, elektronik bir cilt, genellikle sert yarı iletkenlerden yapılan sensörlere ve entegre devrelere ihtiyaç duyar. Esnek elektronik sistemler halihazırda mevcuttur, ancak genellikle yalnızca giyilebilir cihazlar için güvenli olmayan yüksek voltajlarda çalışırlar.
Tamamen yumuşak bir e-cilt yapmak için Bao’nun ekibi, dielektrik olarak kullanılmak üzere esnek bir polimer geliştirdi – yarı iletken bir cihazda, cihazı çalıştırmak için gereken sinyalin gücünü ve voltajı belirleyen ince bir katman. Araştırmacılar daha sonra yalıtkan maddeyi esnek, esnek transistör dizileri yapmak için kullandılar ve deri gibi ince ve yumuşak bir sensörle birleştirildiler.
Bao, “Yüksek elektriksel performansa sahip olmaya devam ederken, tüm sert malzemeleri yumuşak malzemelere dönüştürdük” diyor.
Sensör, uygulanan basınç veya sıcaklıktaki değişiklik gibi fiziksel değişiklikleri elektrik darbesine dönüştürebilir. Ekip ayrıca sinir sisteminde sinaps adı verilen bağlantıları taklit ederek sinirlerden kaslara elektrik sinyalleri iletebilen bir cihaz yaptı.
Bao’nun grubu sistemi bir farede test etti. Deri, bir tel aracılığıyla farenin somatosensoriyel korteksine – beynin fiziksel duyumları işlemekten sorumlu kısmı – bağlandı. E-deri dokunma ile tetiklendiğinde, beyne bir elektrik sinyali gönderdi ve bu daha sonra yapay sinaps aracılığıyla hayvanın bacağındaki siyatik sinire iletilerek uzvun seğirmesine neden oldu.
Gelecekteki gelişmeler
Bu tür e-deri, ciddi yaralanmalara maruz kalan veya duyusal bozuklukları olan kişilerde kullanılabilir. Bao, uzun vadede daha az istilacı bir sistem geliştirmeyi umduklarını söylüyor. “Uzuvlarını kaybetmiş insanlar için beyne implant yapmak zorunda olmadığımızı düşünüyoruz” diyor. “Periferik sinir sistemine bir implant yerleştirebiliriz.”
Şu anda, e-derinin hala harici bir güç kaynağına bağlı olması gerekiyor, ancak Bao nihayetinde bir kablosuz cihaz geliştirmeyi umuyor. Ancak elin tüm parmaklarını kaplayan, dokunmaya, sıcaklığa ve basınca tepki veren bir cilde sahip olmak için çok daha fazla gelişme gerektiğini söylüyor.
Birleşik Krallık Cambridge Üniversitesi’nde biyoelektronik üzerine araştırma yapan Alejandro Carnicer-Lombarte, yine de, duyumdan kas hareketine giden kapalı döngü bir sisteme sahip olmanın “çok heyecan verici” olduğunu söylüyor. Bao’nun ekibi tarafından yapılan cihaz “tam anlamıyla bir konsept kanıtı” diyor, ancak yapay protez alanında birçok grup bireysel bileşenler üzerinde çalışıyor – bu nedenle, Bao’nun ekibinin yaptığı gibi hepsini tek bir sistemde bir araya getirmek, ileriye doğru önemli bir adım. “Bunları sırayla birleştirmek önemsiz değil, bundan çok etkilendim” diyor.
Carnicer-Lombarte ayrıca, örneğin başparmak ve küçük parmağın farklı şeyleri algılamasını sağlayan bir kaplama oluşturmak için bilinen diğer teknolojileri sisteme entegre etme potansiyeli görüyor. Spesifik beyin bölgelerinin hedeflenebilmesi için daha fazla hassasiyet elde etmenin gelecekte bu teknolojinin faydasına katkıda bulunacağını ekliyor.
Bu makale izin alınarak çoğaltılmıştır ve ilk yayınlanan 18 Mayıs 2023’te.
Kaynak : https://www.scientificamerican.com/article/soft-electronic-skin-mimics-our-sense-of-touch/