'Bionische vinger' maakt 3D-kaarten van menselijk weefsel

Onderzoekers van Wuyi Universiteit in China hebben een slimme bionische vinger ontwikkeld die in staat is tot ondergrondse tactiele tomografie. Terwijl eerdere kunstmatige sensoren alleen uiterlijke kenmerken konden herkennen, kan het nieuwe systeem de interne vormen en texturen van complexe gelaagde objecten identificeren door simpelweg hun buitenoppervlakken aan te raken. Vervolgens verzendt het de oppervlakte- en ondergrondse gegevens naar een computer om 3D-kaarten te maken.

Deze mogelijkheid luidt het toekomstige gebruik van slimme bionische vingers in diagnostische beeldvorming in, als vervanging voor of aanvulling op echografie of röntgenonderzoek.

"We werden geïnspireerd door menselijke vingers, die de meest gevoelige tactiele perceptie hebben die we kennen", zegt senior auteur Jianyi Luo. "Wanneer een vinger een menselijke borst aanraakt, kan hij zowel de omtrek van het bot als het zachte weefsel erboven voelen."

De onderzoekers leggen uit dat wanneer de huid van een menselijke vinger iets aanraakt, deze mechanische vervorming ondergaat, zoals compressie, uitrekking of weerstand. “Deze vervormingen stimuleren mechanoreceptoren om elektrische impulsen uit te zenden. De elektrische impulsen gaan door het centrale zenuwstelsel naar de somatosensorische cortex van de hersenen en worden uiteindelijk door de hersenen geïntegreerd om de kenmerken van het materiaal te herkennen”, schrijven ze.

Geïnspireerd door dit proces ontwierp het team de slimme bionische vinger met behulp van koolstofvezelstralen als mechanoreceptoren.

De bionische vinger beschreven in Celrapporten Fysische Wetenschap bestaat uit een bundel koolstofvezels met daarop een metalen cilinder met een diameter van 0.5 mm als contacttip. De vezels maken verbinding met een signaalverwerkingsmodule, die signaalacquisitie- en controllermodules bevat die samen met de sensor een tactiel feedbacksysteem tot stand brengen.

De bionische vinger scant een object door druk uit te oefenen op het oppervlak en detecteert zowel externe als interne structuren terwijl het voortbeweegt. Het meet de mate van compressie van een oppervlak, wat informatie geeft over de relatieve zachtheid of stijfheid van het aangeraakte object. De bionische vinger kan een ruimtelijke resolutie bereiken van minimaal 500 µm in de x en y vliegtuigen en 200 µm in de z as richting.

Luo en co-hoofdonderzoekers Zhiming Chen en Yizhou Li voerden een reeks onderzoeken uit waarbij ze de bionische vinger gebruikten om complexe objecten te onderzoeken. Eén test omvatte de herkenning van een stijve letter "A" begraven onder een zachte siliconen buitenlaag. Ze testten ook de bionische vinger met een gesimuleerd menselijk skelet bestaande uit een zachte siliconen "huid" -laag, een "spier" -laag, een laag met gesimuleerde bloedvaten en harde polymere skelet "botten".

De bionische vinger reproduceerde nauwkeurig de weefselstructuur en lokaliseerde een gesimuleerd bloedvat onder de spierlaag. De onderzoekers adviseren dat er verbetering nodig is om bloedvaten met grotere precisie te reconstrueren en om de vinger in staat te stellen complexere 3D-structuren te herkennen.

De onderzoekers onderzochten ook het vermogen van de bionische vinger om problemen in elektronische apparaten te diagnosticeren. Nadat de vinger het oppervlak van een ingekapseld flexibel circuitsysteem had gescand, gebruikten ze de gegevens om een ​​3D-kaart van de interne elektrische componenten te maken. Het apparaat lokaliseerde precies waar het circuit was losgekoppeld en identificeerde een verkeerd geboord gat zonder de omhullende laag te doorbreken.

Slimme huidwaarnemingsdichtheid overschrijdt een vingertop

"We proberen momenteel de bionische vinger in robots of protheses te integreren, omdat we het gebruik ervan in robot- en biomedische engineering willen onderzoeken", vertelt Chen. Natuurkunde wereld. "We ontwikkelen de bionische vinger met de mogelijkheid van omnidirectionele detectie op willekeurige oppervlakken en verbeteren de gevoeligheid en resolutie."

Chen suggereert dat toekomstige klinische toepassingen het gebruik van de bionische vinger kunnen omvatten om artsen te helpen bij het diagnosticeren van knobbeltjes onder de huid, zoals die veroorzaakt door borstkankerlaesies. "Een bionische vinger van een consument zou kunnen zijn als een bloeddrukmeter voor thuis, die iets in het lichaam detecteert dat niet normaal is, maar met de mogelijkheid om gegevens naar een arts te sturen voor evaluatie en diagnose", voegt hij eraan toe. "We verwachten dat het ook een uitstekend hulpmiddel zal zijn voor niet-invasieve industriële of onderzoekstests."

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/bionic-finger-creates-3d-maps-of-human-tissue/