E-Skin ist weich und dehnbar genug, um um einen Finger gewickelt zu werden
Jiancheng Lai und Weichen Wang/Bao Research Group/Stanford University
Ein Stück künstlicher Haut kann Signale von Druck- oder Wärmesensoren in Gehirnsignale umwandeln – die Berührung dieser elektronischen Haut, nachdem sie mit dem Gehirn einer Ratte verbunden war, spornte die Ratte an, mit dem Bein zu treten. Damit könnte die Prothetik für Menschen mit Hautschäden verbessert werden.
Weichen Wang von der Stanford University in Kalifornien und seine Kollegen haben ein Gerät namens E-Skin aus einem elektronischen Schaltkreis sowie Druck- und Temperatursensoren entwickelt, die alle aus einem dünnen und dehnbaren Gummimaterial gefertigt sind. Das Team hat diese Komponenten zu einem Flicken zusammengeführt, der sich problemlos an unebene Oberflächen, beispielsweise an einen menschlichen Finger, anpasst. E-Skin funktioniert durch die Nachahmung biologischer Haut, bei der Nerven Druck oder Wärme wahrnehmen und dann Sequenzen elektrischer Signale, sogenannte „Impulsfolgen“, an das Gehirn senden.
Wenn es erhitzt oder Druck darauf ausgeübt wurde, sendeten die Sensoren der E-Skin Signale an den Schaltkreis, der sie in Impulsfolgen umwandelte. Um all dies zu erreichen, benötigte das E-Skin bis zu 1/60 der Spannung, die ältere Geräte mit künstlicher Haut verbrauchen. Dies könnte bedeuten, dass sich der E-Skin nicht so stark erwärmt, was ihn bei längerem Gebrauch angenehmer macht, sagt Wang. Jede künstliche Haut, die als Prothese für Menschen mit Hautverletzungen verwendet werden kann, muss angenehm genug sein, um sie über einen langen Zeitraum tragen zu können.
Hautempfindungen können schnelle Muskelbewegungen auslösen. Deshalb haben die Forscher die E-Haut mit dem Nervensystem einer lebenden Ratte verbunden, um zu sehen, ob sie etwas Ähnliches bewirken kann. Das Team verband die Elektroden in einem Stück E-Haut mit der Region des Gehirns, die Berührungen und Temperatur verarbeitet. Anschließend üben sie Druck auf das Gerät aus. Das Gehirn der Ratte reagierte, indem es mehr Signale zwischen Neuronen in der Region auslöste, die die Bewegung steuert. Als die Forscher diese Signale über ein einführbares künstliches Synapsengerät in das Bein der Ratte leiteten, löste sie einen Kick aus.
„Das ist ein klarer Beweis: Basierend auf Empfindungen gab es Bewegungen. Und das ist keine Kleinigkeit, es ist eine ziemlich anspruchsvolle Arbeit, die Elektronik dafür gut genug funktionieren zu lassen“, sagt Ravinder Dahiya von der Northeastern University in Massachusetts. Er sagt jedoch, dass die E-Skin möglicherweise noch ausgefeiltere Schaltkreise benötigt, um anstelle großer Hautbereiche verwendet zu werden.
Das Gerät überträgt alle Sinnesdaten ungefiltert direkt an das Gehirn, die menschliche Haut verarbeitet diese Sinnesdaten jedoch nicht auf diese Weise. Beispielsweise erfordert der Druck, den Sie beim Halten eines Stifts auf Ihre Fingerspitzen ausüben, mehr Aufmerksamkeit Ihres Gehirns als die Hautempfindungen an anderen Teilen Ihrer Hand, die herausgefiltert werden, sagt Dahiya.
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