"Bionic finger" crea mappe 3D del tessuto umano

ricercatori provenienti da Università di Wuyi in Cina hanno sviluppato un dito bionico intelligente in grado di eseguire la tomografia tattile del sottosuolo. Mentre i precedenti sensori artificiali potevano riconoscere solo le caratteristiche esterne, il nuovo sistema può identificare le forme e le trame interne di oggetti stratificati complessi semplicemente toccando le loro superfici esterne. Quindi trasmette i dati della superficie e del sottosuolo a un computer per creare mappe 3D.

Questa capacità preannuncia l'uso futuro delle dita bioniche intelligenti nell'imaging diagnostico, in sostituzione o integrazione degli esami ecografici o radiografici.

"Siamo stati ispirati dalle dita umane, che hanno la percezione tattile più sensibile che conosciamo", afferma l'autore senior Jianyi Luo. "Quando un dito tocca un torace umano, può percepire il contorno dell'osso e il tessuto molle sopra di esso."

I ricercatori spiegano che quando la pelle di un dito umano tocca qualcosa, subisce deformazioni meccaniche come compressione, stiramento o trascinamento. “Queste deformazioni stimolano i meccanorecettori a emettere impulsi elettrici. Gli impulsi elettrici viaggiano attraverso il sistema nervoso centrale fino alla corteccia somatosensoriale del cervello e vengono infine integrati dal cervello per riconoscere le caratteristiche del materiale”, scrivono.

Ispirato da questo processo, il team ha progettato il dito bionico intelligente utilizzando fasci di fibra di carbonio come meccanocettori.

Il dito bionico descritto in Cell Report Scienze fisiche è costituito da un fascio di fibre di carbonio con un cilindro metallico di 0.5 mm di diametro montato sulla parte superiore come punta di contatto. Le fibre si collegano a un modulo di elaborazione del segnale, che contiene moduli di acquisizione del segnale e controller che si combinano con il sensore per stabilire un sistema di feedback tattile.

Il dito bionico scansiona un oggetto applicando una pressione sulla superficie, rilevando sia le strutture esterne che quelle interne mentre si muove. Misura il grado di compressione di una superficie, che fornisce informazioni sulla relativa morbidezza o rigidità dell'oggetto che viene toccato. Il dito bionico può raggiungere una risoluzione spaziale di almeno 500 µm nel x ed y piani e 200 µm nel z direzione dell'asse.

Luo, e gli investigatori co-principali Zhiming Chen e Yizhou Li, hanno eseguito una serie di indagini utilizzando il dito bionico per esaminare oggetti complessi. Un test includeva il riconoscimento di una lettera rigida "A" sepolta sotto uno strato esterno di morbido silicone. Hanno anche testato il dito bionico con uno scheletro umano simulato comprendente uno strato di "pelle" di silicio morbido, uno strato di "muscolo", uno strato contenente vasi sanguigni simulati e "ossa" scheletriche di polimero duro.

Il dito bionico ha riprodotto accuratamente la struttura del tessuto e ha localizzato un vaso sanguigno simulato sotto lo strato muscolare. I ricercatori consigliano di migliorare la ricostruzione dei vasi sanguigni con maggiore precisione e consentire al dito di riconoscere strutture 3D più complesse.

I ricercatori hanno anche studiato la capacità del dito bionico di diagnosticare problemi nei dispositivi elettronici. Dopo che il dito ha scansionato la superficie di un sistema di circuito flessibile incapsulato, hanno utilizzato i dati per creare una mappa 3D dei suoi componenti elettrici interni. Il dispositivo ha individuato con precisione il punto in cui il circuito era disconnesso e ha identificato un foro mal praticato senza rompere lo strato di incapsulamento.

La densità di rilevamento della pelle intelligente supera la punta di un dito

"Attualmente stiamo cercando di incorporare il dito bionico in robot o protesi, perché vogliamo indagare sul suo utilizzo nell'ingegneria robotica e biomedica", dice Chen Mondo della fisica. "Stiamo sviluppando il dito bionico con la capacità di rilevamento omnidirezionale su superfici arbitrarie e migliorandone la sensibilità e la risoluzione".

Le future applicazioni cliniche, suggerisce Chen, potrebbero includere l'uso del dito bionico per aiutare i medici a diagnosticare noduli sotto la pelle, come quelli causati dalle lesioni del cancro al seno. "Un dito bionico del consumatore potrebbe essere come un monitor della pressione arteriosa domestico, rilevando qualcosa nel corpo che non è normale, ma con la capacità di trasmettere dati a un medico per la valutazione e la diagnosi", aggiunge. "Prevediamo che sarà anche uno strumento eccellente per test industriali o di ricerca non invasivi".

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/bionic-finger-creates-3d-maps-of-human-tissue/