Το «Bionic finger» δημιουργεί τρισδιάστατους χάρτες ανθρώπινου ιστού

Ερευνητές από Πανεπιστήμιο Wuyi στην Κίνα έχουν αναπτύξει ένα έξυπνο βιονικό δάκτυλο ικανό για υποεπιφανειακή απτική τομογραφία. Ενώ οι προηγούμενοι τεχνητοί αισθητήρες μπορούσαν να αναγνωρίσουν μόνο εξωτερικά χαρακτηριστικά, το νέο σύστημα μπορεί να αναγνωρίσει τα εσωτερικά σχήματα και υφές σύνθετων αντικειμένων με στρώματα αγγίζοντας απλώς τις εξωτερικές επιφάνειές τους. Στη συνέχεια, μεταδίδει τα δεδομένα της επιφάνειας και του υπεδάφους σε έναν υπολογιστή για τη δημιουργία τρισδιάστατων χαρτών.

Αυτή η δυνατότητα προαναγγέλλει τη μελλοντική χρήση των έξυπνων βιονικών δακτύλων στη διαγνωστική απεικόνιση, ως αντικατάσταση ή συμπλήρωμα των εξετάσεων υπερήχων ή ακτίνων Χ.

«Εμπνευστήκαμε από τα ανθρώπινα δάχτυλα, τα οποία έχουν την πιο ευαίσθητη απτική αντίληψη που γνωρίζουμε», λέει ο ανώτερος συγγραφέας Jianyi Luo. «Όταν ένα δάχτυλο αγγίζει ένα ανθρώπινο στήθος, μπορεί να αισθανθεί το περίγραμμα του οστού καθώς και τον μαλακό ιστό πάνω από αυτό».

Οι ερευνητές εξηγούν ότι όταν το δέρμα ενός ανθρώπινου δακτύλου αγγίζει κάτι, υφίσταται μηχανική παραμόρφωση όπως συμπίεση, τέντωμα ή έλξη. «Αυτές οι παραμορφώσεις διεγείρουν τους μηχανοϋποδοχείς να εκπέμπουν ηλεκτρικούς παλμούς. Οι ηλεκτρικές ώσεις ταξιδεύουν μέσω του κεντρικού νευρικού συστήματος στον σωματοαισθητικό φλοιό του εγκεφάλου και τελικά ενσωματώνονται από τον εγκέφαλο για να αναγνωρίσουν τα χαρακτηριστικά του υλικού», γράφουν.

Εμπνευσμένη από αυτή τη διαδικασία, η ομάδα σχεδίασε το έξυπνο βιονικό δάκτυλο χρησιμοποιώντας δέσμες από ανθρακονήματα ως μηχανοϋποδοχείς.

Το βιονικό δάχτυλο που περιγράφεται στο Cell Reports Φυσική Επιστήμη αποτελείται από μια δέσμη ινών άνθρακα με έναν μεταλλικό κύλινδρο διαμέτρου 0.5 mm τοποθετημένο στην κορυφή ως άκρο επαφής. Οι ίνες συνδέονται με μια μονάδα επεξεργασίας σήματος, η οποία περιέχει μονάδες λήψης σήματος και ελεγκτή που συνδυάζονται με τον αισθητήρα για να δημιουργήσουν ένα σύστημα απτικής ανάδρασης.

Το βιονικό δάκτυλο σαρώνει ένα αντικείμενο ασκώντας πίεση στην επιφάνεια, ανιχνεύοντας τόσο εξωτερικές όσο και εσωτερικές δομές καθώς αυτό κινείται. Μετρά τον βαθμό συμπίεσης μιας επιφάνειας, ο οποίος παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη σχετική απαλότητα ή ακαμψία του αντικειμένου που αγγίζεται. Το βιονικό δάκτυλο μπορεί να επιτύχει χωρική ανάλυση τουλάχιστον 500 μm στο x και y αεροπλάνα και 200 ​​µm στο z άξονα.

Ο Luo και οι συν-κύριοι ερευνητές Zhiming Chen και Yizhou Li, πραγματοποίησαν μια σειρά ερευνών χρησιμοποιώντας το βιονικό δάκτυλο για να εξετάσουν πολύπλοκα αντικείμενα. Μια δοκιμή περιελάμβανε την αναγνώριση ενός άκαμπτου γράμματος "A" που ήταν θαμμένο κάτω από ένα μαλακό εξωτερικό στρώμα πυριτίου. Δοκίμασαν επίσης το βιονικό δάκτυλο με έναν προσομοιωμένο ανθρώπινο σκελετό που περιλαμβάνει ένα στρώμα «δέρματος» μαλακού πυριτίου, ένα στρώμα «μυών», ένα στρώμα που περιέχει προσομοιωμένα αιμοφόρα αγγεία και σκληρά πολυμερή σκελετικά «κόκαλα».

Το βιονικό δάκτυλο αναπαρήγαγε με ακρίβεια τη δομή του ιστού και εντόπισε ένα προσομοιωμένο αιμοφόρο αγγείο κάτω από το μυϊκό στρώμα. Οι ερευνητές συμβουλεύουν ότι χρειάζεται βελτίωση όσον αφορά την ανακατασκευή των αιμοφόρων αγγείων με μεγαλύτερη ακρίβεια και για να μπορέσει το δάχτυλο να αναγνωρίσει πιο πολύπλοκες τρισδιάστατες δομές.

Οι ερευνητές ερεύνησαν επίσης την ικανότητα του βιονικού δακτύλου να διαγνώσει προβλήματα σε ηλεκτρονικές συσκευές. Αφού το δάχτυλο σάρωσε την επιφάνεια ενός εγκαψουλωμένου συστήματος εύκαμπτου κυκλώματος, χρησιμοποίησαν τα δεδομένα για να δημιουργήσουν έναν τρισδιάστατο χάρτη των εσωτερικών ηλεκτρικών εξαρτημάτων του. Η συσκευή βρήκε ακριβώς το σημείο που είχε αποσυνδεθεί το κύκλωμα και εντόπισε μια λάθος τρύπα χωρίς να διαρρεύσει το στρώμα ενθυλάκωσης.

Η έξυπνη πυκνότητα αίσθησης του δέρματος ξεπερνά το άκρο του δακτύλου

«Προσπαθούμε να ενσωματώσουμε το βιονικό δάκτυλο σε ρομπότ ή προσθετικά, γιατί θέλουμε να διερευνήσουμε τη χρήση του στη ρομποτική και βιοϊατρική μηχανική», λέει ο Τσεν. Κόσμος Φυσικής. «Αναπτύσσουμε το βιονικό δάκτυλο με την ικανότητα πανκατευθυντικής ανίχνευσης σε αυθαίρετες επιφάνειες και βελτιώνοντας την ευαισθησία και την ανάλυσή του».

Οι μελλοντικές κλινικές εφαρμογές, προτείνει ο Chen, θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν τη χρήση του βιονικού δακτύλου για να βοηθήσουν τους γιατρούς να διαγνώσουν εξογκώματα κάτω από το δέρμα, όπως αυτά που προκαλούνται από αλλοιώσεις καρκίνου του μαστού. «Ένα βιονικό δάκτυλο καταναλωτή θα μπορούσε να είναι σαν ένα πιεσόμετρο στο σπίτι, ανιχνεύοντας κάτι στο σώμα που δεν είναι φυσιολογικό, αλλά με την ικανότητα να μεταδίδει δεδομένα σε έναν γιατρό για αξιολόγηση και διάγνωση», προσθέτει. «Αναμένουμε ότι θα είναι επίσης ένα εξαιρετικό εργαλείο για μη επεμβατικές βιομηχανικές ή ερευνητικές δοκιμές».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/bionic-finger-creates-3d-maps-of-human-tissue/