Ärzte und Ingenieure haben im vergangenen Jahr große Erfolge bei der Versorgung von Amputierten mit gut kontrollierbaren Prothesen erzielt. Der DEKA "Luke Arm" zum Beispiel gibt dem Träger genau genug Kontrolle, um mit Stäbchen zu essen - es ist auch der erste von der FDA zugelassene bionische Arm.
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Die Kommunikation mit diesen künstlichen Gliedmaßen ist jedoch eine Art Einbahnstraße. Benutzer können die Arme, Hände und Füße durch sorgfältig geplante Verbindungen mit vorhandenen Nerven und Muskeln steuern, erhalten jedoch kein fertiges Feedback von den künstlichen Gliedmaßen, wie dies durch echte Haut der Fall wäre. Das bedeutet, dass sie möglicherweise nicht wissen, wann etwas heiß, extrem empfindlich oder kurz davor ist, aus ihrem Griff zu rutschen.
Anfang dieser Woche stellten Forscher der Seoul National University und des in Cambridge, Massachusetts, ansässigen Wearables-Startups MC10 ihre Lösung vor: Ein sensorgeladenes Polymer, das sich wie echte menschliche Haut dehnt und anfühlt und Prothesen abdeckt und dem Träger einen Tastsinn verleiht in der Zukunft. Das Team unter der Leitung von Dae-Hyeong Kim veröffentlichte seine Forschungsergebnisse in der Zeitschrift Nature Communications .
Die Schlüsselinnovation dabei ist Flexibilität - sowohl in Bezug auf die körperliche Geschicklichkeit als auch in Bezug auf die Bandbreite der Empfindungen. Im Gegensatz zu Sensoren, die in früheren Versuchen verwendet wurden, können sich Kims wie Haut bewegen und dehnen. In ein Polymer eingebettete dünne Streifen aus Gold und Silikon, Elastomer genannt, ergeben bis zu 400 Sensoren pro Quadratmillimeter. Die Streifen sind zu einem Gitter verwoben, wodurch sich das Material bei minimaler Bruchgefahr dehnen kann. Ein Netzwerk aus dehnbaren Elektroden simuliert Nerven. Zusammen können die Sensoren Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck und körperliche Belastung erfassen.
Nicht jeder Teil des Materials dehnt sich jedoch gleichermaßen aus, da die Forscher seinen Flex an körpereigene Variationen anpassen wollten. "Einige Teile der Hand dehnen sich nur um einige Prozent, während andere Teile sich um mehr als 20 Prozent dehnen", erklärte Kim LiveScience . Gleichzeitig haben verschiedene Körperregionen mehr oder weniger Flex. Beispielsweise ist die Haut über einem Knie flexibler als die einer Hand. Kleine Heizelemente im Polymer geben ihm die Wärme der menschlichen Haut.
Dank des gewebten Designs kann sich die neue Smart Skin biegen, ohne zu reißen. (Mit freundlicher Genehmigung von Kim et al. / Nature Communications) Während das Projekt ermutigend ist, sagen Experten, dass es noch lange nicht umsetzbar ist. „Diese Proof-of-Concept-Demonstration ist interessant, aber es bleibt noch viel zu tun, um die Robustheit und Leistung zu demonstrieren, die erforderlich ist, um dieses Gerät in verwendbare Handprothesen zu übersetzen“, erklärt Dustin Tyler, Professor für Biomedizintechnik bei Case Western Reserve Die auf neuronale Interfaces spezialisierte Universität erklärte gegenüber MIT Technology Review .
Insbesondere muss das Team einen Weg finden, die Haut mit dem Zentralnervensystem eines Menschen zu verbinden, damit dieser die damit verbundenen Empfindungen wahrnehmen kann. Der Prototyp interagiert mit dem Nervensystem einer Ratte über eine Reihe von Platin-Nanodrähten, die zur Vorbeugung von Entzündungen behandelt wurden. Bisher konnten die Forscher erfolgreich nachweisen, dass die Haut den sensorischen Kortex einer Ratte auslösen kann, sie kann jedoch nicht feststellen, welche Sinne ausgelöst werden. Als nächstes müssen sie größere Tiere testen, bevor sie sich an Menschen versuchen.
Kims Arbeit basiert auf konzeptionellen Überlegungen früherer Bemühungen, die im Allgemeinen Sinn für Sinn vermitteln. Zum Beispiel konnten Tyler und Kollegen vom Cleveland Veterans Affairs Medical Center im vergangenen Jahr den Tastsinn durch 20 Sensoren in einer Handprothese übermitteln, indem sie das Gerät mit Nervenbündeln verbanden. Anfang des Jahres verwendeten Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule eine ähnliche Methode, um einem Amputierten zu ermöglichen, die Form von Objekten durch Berührung zu unterscheiden. In der Zwischenzeit hat ein Team der Northwestern University erfolgreich Gefühle von Temperatur und Vibration vermittelt, indem vorhandene Muskeln als sensorische Verstärker verwendet wurden.
Kim und sein Team haben ihr Design patentiert, aber sie haben zu diesem Zeitpunkt keine Zeitleiste, um die künstliche Haut für die Öffentlichkeit freizugeben.
