«Біонічний палець» створює 3D-карти тканин людини

Дослідники з Уїйський університет у Китаї розробили інтелектуальний біонічний палець, здатний проводити підповерхневу тактильну томографію. У той час як попередні штучні датчики могли розпізнавати лише зовнішні особливості, нова система може ідентифікувати внутрішні форми та текстури складних шаруватих об’єктів, просто торкаючись їх зовнішніх поверхонь. Потім він передає дані поверхні та надр на комп’ютер для створення 3D-карт.

Ця можливість віщує майбутнє використання розумних біонічних пальців у діагностичній візуалізації як заміну або доповнення до ультразвукового або рентгенівського дослідження.

«Нас надихнули людські пальці, які мають найчутливіше тактильне сприйняття, яке ми знаємо», — каже старший автор Цзяні Луо. «Коли палець торкається людської грудної клітки, він відчуває контури кістки, а також м’яких тканин над нею».

Дослідники пояснюють, що коли шкіра людського пальця торкається чогось, вона зазнає механічної деформації, такої як стиснення, розтягування або перетягування. «Ці деформації стимулюють механорецептори випромінювати електричні імпульси. Електричні імпульси проходять через центральну нервову систему до соматосенсорної кори головного мозку і, нарешті, інтегруються мозком для розпізнавання характеристик матеріалу», – пишуть вони.

Надихнувшись цим процесом, команда розробила розумний біонічний палець, використовуючи промені вуглецевого волокна як механорецептори.

Біонічний палець, описаний в Cell Reports Physical Science складається з пучка вуглецевих волокон із металевим циліндром діаметром 0.5 мм, встановленим зверху як контактний наконечник. Волокна з’єднуються з модулем обробки сигналу, який містить модулі збору сигналу та модулі контролера, які об’єднуються з датчиком для створення системи тактильного зворотного зв’язку.

Біонічний палець сканує об’єкт, тиснучи на поверхню, виявляючи як зовнішні, так і внутрішні структури під час його руху. Він вимірює ступінь стиснення поверхні, що надає інформацію про відносну м’якість або жорсткість об’єкта, якого торкаються. Біонічний палець може досягати просторової роздільної здатності щонайменше 500 мкм у x та y площинах і 200 мкм в z напрямок осі.

Луо та співголовні дослідники Чжімін Чен та Ічжоу Лі провели серію досліджень за допомогою біонічного пальця для дослідження складних об’єктів. Один тест включав розпізнавання твердої літери «А», захованої під зовнішнім шаром м’якого кремнію. Вони також протестували біонічний палець із імітацією людського скелета, що складається з м’якого кремнієвого шару «шкіри», «м’язового» шару, шару, що містить імітацію кровоносних судин і твердих полімерних «кісток» скелета.

Біонічний палець точно відтворив структуру тканини та розташував змодельовану кровоносну судину під м’язовим шаром. Дослідники стверджують, що необхідно покращити реконструкцію кровоносних судин з більшою точністю та дозволити пальцю розпізнавати більш складні тривимірні структури.

Дослідники також досліджували здатність біонічного пальця діагностувати проблеми в електронних пристроях. Після того, як палець просканував поверхню інкапсульованої гнучкої схеми, вони використали дані для створення 3D-карти її внутрішніх електричних компонентів. Пристрій точно визначив місце, де було від’єднано ланцюг, і виявив неправильно просвердлений отвір, не прориваючи герметичний шар.

Розумна щільність розпізнавання шкіри перевищує кінчик пальця

«Зараз ми намагаємося включити біонічний палець у роботів або протези, тому що хочемо дослідити його використання в робототехніці та біомедичній інженерії», — розповідає Чень. Світ фізики. «Ми розробляємо біонічний палець із можливістю всенаправленого виявлення на довільних поверхнях і покращуємо його чутливість і роздільну здатність».

Чен припускає, що майбутні клінічні застосування можуть включати використання біонічного пальця, щоб допомогти лікарям діагностувати пухлини під шкірою, наприклад, ті, що спричинені ураженням раку молочної залози. «Біонічний палець споживача може бути схожим на домашній тонометр, який виявляє в організмі щось ненормальне, але має можливість передавати дані лікарю для оцінки та діагностики», — додає він. «Ми очікуємо, що це також буде чудовим інструментом для неінвазивних промислових або дослідницьких випробувань».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/bionic-finger-creates-3d-maps-of-human-tissue/