A „Bionikus ujj” 3D-s térképeket készít az emberi szövetekről

A kutatók a Wuyi Egyetem Kínában kifejlesztettek egy intelligens bionikus ujjat, amely alkalmas a felszín alatti tapintási tomográfiára. Míg a korábbi mesterséges szenzorok csak a külső jellemzőket tudták felismerni, az új rendszer képes azonosítani az összetett réteges objektumok belső formáit és textúráit a külső felületük megérintésével. Ezután továbbítja a felszíni és felszín alatti adatokat egy számítógépnek, hogy 3D-s térképeket készítsen.

Ez a képesség előrevetíti az intelligens bionikus ujjak jövőbeni használatát a diagnosztikai képalkotásban, az ultrahang- vagy röntgenvizsgálatok helyettesítőjeként vagy kiegészítéseként.

„Az emberi ujjak inspiráltak bennünket, amelyek a legérzékenyebb tapintási érzékeléssel rendelkeznek” – mondja a vezető szerző. Jianyi Luo. "Amikor egy ujj megérinti az emberi mellkast, megérzi a csont körvonalait, valamint a felette lévő lágyszövetet."

A kutatók kifejtik, hogy amikor az emberi ujj bőre hozzáér valamihez, az mechanikai deformáción megy keresztül, például összenyomódik, megnyúlik vagy húzódik. „Ezek a deformációk elektromos impulzusok kibocsátására serkentik a mechanoreceptorokat. Az elektromos impulzusok a központi idegrendszeren keresztül eljutnak az agy szomatoszenzoros kéregébe, és végül az agy integrálja őket, hogy felismerje az anyag jellemzőit” – írják.

Ennek a folyamatnak a hatására a csapat megtervezte az intelligens bionikus ujjat, szénszálas nyalábokat használva mechanoreceptorként.

-ban leírt bionikus ujj Sejt jelentések fizikai tudomány szénszálkötegből áll, melynek tetejére érintkezőcsúcsként egy 0.5 mm átmérőjű fémhenger van felszerelve. A szálak egy jelfeldolgozó modulhoz csatlakoznak, amely jelgyűjtő és vezérlőmodulokat tartalmaz, amelyek az érzékelővel kombinálva tapintható visszacsatoló rendszert hoznak létre.

A bionikus ujj úgy pásztáz egy tárgyat, hogy nyomást fejt ki a felületre, és érzékeli mind a külső, mind a belső struktúrákat, ahogy az halad. Egy felület összenyomódásának mértékét méri, amely információt nyújt a megérintett tárgy relatív lágyságáról vagy merevségéről. A bionikus ujj legalább 500 µm térbeli felbontást érhet el x és a y síkok és 200 µm a z tengely iránya.

Luo, valamint társ-nyomozók, Zhiming Chen és Yizhou Li, egy sor vizsgálatot végeztek a bionikus ujjak segítségével, hogy összetett tárgyakat vizsgáljanak meg. Az egyik teszt egy merev „A” betű felismerését foglalta magában egy puha szilícium külső réteg alá. A bionikus ujjat egy szimulált emberi csontvázzal is tesztelték, amely puha szilícium „bőr” réteget, „izomréteget”, szimulált vérereket és kemény polimer váz „csontokat” tartalmazó réteget tartalmaz.

A bionikus ujj pontosan reprodukálta a szövetszerkezetet, és egy szimulált véredényt helyezett el az izomréteg alatt. A kutatók azt tanácsolják, hogy javítani kell az erek pontosabb rekonstrukciója terén, és lehetővé kell tenni, hogy az ujj felismerje a bonyolultabb 3D-s struktúrákat.

A kutatók azt is vizsgálták, hogy a bionikus ujj képes-e diagnosztizálni az elektronikus eszközök problémáit. Miután az ujj átvizsgálta egy tokozott rugalmas áramköri rendszer felületét, az adatok alapján elkészítették a belső elektromos alkatrészek 3D-s térképét. Az eszköz pontosan ott helyezkedett el, ahol az áramkört leválasztották, és egy rosszul fúrt lyukat azonosított anélkül, hogy áttörte volna a kapszulázó réteget.

Az intelligens bőrérzékelés sűrűsége meghaladja az ujjbegyet

„Jelenleg megpróbáljuk beépíteni a bionikus ujjat robotokba vagy protézisekbe, mert meg akarjuk vizsgálni a robotikai és orvosbiológiai mérnöki alkalmazását” – mondja Chen. Fizika Világa. „A bionikus ujjat fejlesztjük, amely képes tetszőleges felületeken mindenirányú érzékelésre, és javítja érzékenységét és felbontását.”

Chen szerint a jövőbeni klinikai alkalmazások magukban foglalhatják a bionikus ujj használatát, hogy segítsenek az orvosoknak diagnosztizálni a bőr alatti csomókat, például az emlőrák okozta elváltozásokat. „A fogyasztó bionikus ujja olyan lehet, mint egy otthoni vérnyomásmérő, amely olyasmit észlel a szervezetben, ami nem normális, de képes adatokat továbbítani az orvosnak értékelés és diagnózis céljából” – teszi hozzá. "Arra számítunk, hogy kiváló eszköz lesz a nem invazív ipari vagy kutatási teszteléshez is."

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/bionic-finger-creates-3d-maps-of-human-tissue/