「バイオニックフィンガー」が人体組織の 3D マップを作成

「バイオニックフィンガー」が人体組織の 3D マップを作成

タイムスタンプ：24年2023月5日50:XNUMX AM

の研究者 呉義大学 中国では、表面下の触覚断層撮影が可能なスマートバイオニックフィンガーを開発しました。 以前の人工センサーは外部の特徴しか認識できませんでしたが、新しいシステムは、複雑な層状オブジェクトの外面に触れるだけで、内部の形状とテクスチャを識別できます。 次に、表面と地下のデータをコンピューターに送信して、3D マップを作成します。

この機能は、超音波または X 線検査の代替または補足として、画像診断におけるスマート バイオニック フィンガーの将来の使用を予告します。

「私たちは、私たちが知っている中で最も敏感な触覚を持っている人間の指に触発されました」と上級著者は言います ジャンイー・ルオ. 「指が人間の胸に触れると、骨の輪郭とその上の軟部組織を感知できます。」

研究者たちは、人間の指の皮膚が何かに触れると、圧縮、伸張、抗力などの機械的変形を受けると説明しています。 「これらの変形は、機械受容器を刺激して電気インパルスを放出します。 電気インパルスは中枢神経系を通って脳の体性感覚皮質に伝わり、最終的に脳によって統合されて素材の特性を認識します」と彼らは書いています。

このプロセスに着想を得て、チームは機械受容体として炭素繊維ビームを使用するスマート バイオニック フィンガーを設計しました。

で説明されているバイオニックフィンガー CellReports物理科学 コンタクトチップとして上部に取り付けられた直径0.5mmの金属シリンダーを備えたカーボンファイバーの束で構成されています。 ファイバーは信号処理モジュールに接続します。信号処理モジュールには、センサーと組み合わせて触覚フィードバック システムを確立する信号取得モジュールとコントローラー モジュールが含まれています。

バイオニックフィンガーは、物体の表面に圧力を加えることで物体をスキャンし、物体が移動する際に外部構造と内部構造の両方を検出します。 表面の圧縮度を測定し、触れている物体の相対的な柔らかさや硬さに関する情報を提供します。 生体工学的な指は、少なくとも 500 μ m の空間分解能を達成できます。 x および y 平面と 200 μm z 軸方向。

Luo と共同主任研究員の Zhiming Chen と Yizhou Li は、バイオニック フィンガーを使用して一連の調査を行い、複雑なオブジェクトを調べました。 あるテストには、柔らかいシリコンの外層の下に埋め込まれた硬い文字「A」の認識が含まれていました。 彼らはまた、柔らかいシリコンの「皮膚」層、「筋肉」層、シミュレートされた血管を含む層、および硬質ポリマーの骨格「骨」を含むシミュレートされた人間の骨格でバイオニックフィンガーをテストしました。

バイオニックフィンガーは組織構造を正確に再現し、筋肉層の下にシミュレートされた血管を配置しました。 研究者らは、血管をより正確に再構築し、指がより複雑な 3D 構造を認識できるようにするために、改善が必要であるとアドバイスしています。

研究者はまた、電子機器の問題を診断するバイオニックフィンガーの能力も調査しました。 カプセル化されたフレキシブル回路システムの表面を指でスキャンした後、データを使用して内部の電気部品の 3D マップを作成しました。 デバイスは、回路が切断された場所を正確に特定し、カプセル化層を突き破ることなく、誤って開けられた穴を特定しました。

「私たちは現在、ロボットや生物医学工学でのバイオニックフィンガーの使用を調査したいので、バイオニックフィンガーをロボットや人工装具に組み込むことを試みています」とチェンは言います。 物理学の世界. 「私たちは、任意の表面を全方向から検出できるバイオニック フィンガーを開発し、その感度と解像度を向上させています。」

Chen 氏は、将来の臨床応用には、バイオニックフィンガーを使用して、医師が乳癌病変によって引き起こされる皮膚の下のしこりを診断するのに役立てることが含まれる可能性があると示唆しています。 「消費者向けバイオニックフィンガーは、家庭用血圧計のようなもので、体内の異常を検出し、データを医師に送信して評価と診断を行うことができます」と彼は付け加えます。 「非侵襲的な産業または研究試験のための優れたツールになることも期待しています。」

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