«Бионический палец» создает 3D-карты тканей человека

Исследователи из Университет Уи в Китае разработали умный бионический палец, способный к подповерхностной тактильной томографии. В то время как предыдущие искусственные датчики могли распознавать только внешние особенности, новая система может идентифицировать внутренние формы и текстуры сложных многослойных объектов, просто касаясь их внешних поверхностей. Затем он передает данные о поверхности и недрах на компьютер для создания 3D-карт.

Эта возможность предвещает будущее использование интеллектуальных бионических пальцев в диагностической визуализации в качестве замены или дополнения к ультразвуковым или рентгеновским исследованиям.

«Мы были вдохновлены человеческими пальцами, которые обладают самым чувствительным тактильным восприятием, которое мы знаем», — говорит старший автор. Цзяньи Луо. «Когда палец касается груди человека, он может почувствовать очертания кости, а также мягкие ткани над ней».

Исследователи объясняют, что когда кожа человеческого пальца касается чего-либо, она подвергается механической деформации, такой как сжатие, растяжение или растяжение. «Эти деформации стимулируют механорецепторы к излучению электрических импульсов. Электрические импульсы проходят через центральную нервную систему к соматосенсорной коре головного мозга и, наконец, интегрируются мозгом для распознавания характеристик материала», — пишут они.

Вдохновившись этим процессом, команда разработала умный бионический палец, используя пучки углеродного волокна в качестве механорецепторов.

Бионический палец, описанный в Cell Reports Физическая наука состоит из пучка углеродных волокон с закрепленным сверху металлическим цилиндром диаметром 0.5 мм в качестве контактного наконечника. Волокна подключаются к модулю обработки сигналов, который содержит модули сбора сигналов и контроллера, которые в сочетании с датчиком создают систему тактильной обратной связи.

Бионический палец сканирует объект, оказывая давление на его поверхность, обнаруживая как внешние, так и внутренние структуры по мере движения. Он измеряет степень сжатия поверхности, что дает информацию об относительной мягкости или жесткости объекта, к которому прикасаются. Бионический палец может достигать пространственного разрешения не менее 500 мкм в x и y плоскостях и 200 мкм в z направление оси.

Луо и главные исследователи Чжимин Чен и Ичжоу Ли провели серию исследований с использованием бионического пальца для изучения сложных объектов. Один тест включал распознавание твердой буквы «А», скрытой под мягким силиконовым внешним слоем. Они также протестировали бионический палец с имитацией человеческого скелета, состоящего из мягкого силиконового «кожного» слоя, «мышечного» слоя, слоя, содержащего имитированные кровеносные сосуды, и скелетных «костей» из твердого полимера.

Бионический палец точно воспроизвел структуру ткани и расположил смоделированный кровеносный сосуд под мышечным слоем. Исследователи сообщают, что необходимы улучшения в отношении реконструкции кровеносных сосудов с большей точностью и для того, чтобы палец мог распознавать более сложные трехмерные структуры.

Исследователи также исследовали способность бионического пальца диагностировать проблемы в электронных устройствах. После того, как палец отсканировал поверхность инкапсулированной системы гибких схем, они использовали данные для создания 3D-карты ее внутренних электрических компонентов. Устройство точно определило, где цепь была отключена, и определило неправильно просверленное отверстие, не пробивая герметизирующий слой.

Интеллектуальная плотность восприятия кожи превышает кончик пальца

«В настоящее время мы пытаемся внедрить бионический палец в роботов или протезы, потому что хотим исследовать его использование в робототехнике и биомедицинской инженерии», — говорит Чен. Мир физики. «Мы разрабатываем бионический палец с возможностью всенаправленного обнаружения на произвольных поверхностях и улучшаем его чувствительность и разрешение».

Будущие клинические приложения, предполагает Чен, могут включать использование бионического пальца, чтобы помочь врачам диагностировать опухоли под кожей, например, вызванные поражениями рака молочной железы. «Бытовой бионический палец может быть похож на домашний тонометр, обнаруживающий что-то ненормальное в организме, но с возможностью передачи данных врачу для оценки и диагностики», — добавляет он. «Мы ожидаем, что он также станет отличным инструментом для неинвазивных промышленных или исследовательских испытаний».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/bionic-finger-creates-3d-maps-of-human-tissue/