'Ngón tay sinh học' tạo bản đồ 3D mô người

'Ngón tay sinh học' tạo bản đồ 3D mô người

Dấu thời gian: Ngày 24 tháng 2023 năm 5 50:XNUMX sáng

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Vũ Y ở Trung Quốc đã phát triển một ngón tay sinh học thông minh có khả năng chụp cắt lớp xúc giác dưới bề mặt. Trong khi các cảm biến nhân tạo trước đây chỉ có thể nhận ra các đặc điểm bên ngoài, thì hệ thống mới có thể xác định hình dạng và kết cấu bên trong của các vật thể nhiều lớp phức tạp chỉ bằng cách chạm vào bề mặt bên ngoài của chúng. Sau đó, nó truyền dữ liệu bề mặt và dưới bề mặt tới máy tính để tạo bản đồ 3D.

Khả năng này báo trước việc sử dụng các ngón tay sinh học thông minh trong chẩn đoán hình ảnh trong tương lai, như một sự thay thế hoặc bổ sung cho siêu âm hoặc kiểm tra X-quang.

“Chúng tôi lấy cảm hứng từ những ngón tay của con người, thứ có cảm nhận xúc giác nhạy cảm nhất mà chúng tôi biết,” tác giả cấp cao cho biết Kiến Nghĩa La. “Khi một ngón tay chạm vào ngực người, nó có thể cảm nhận được đường viền của xương cũng như mô mềm bên trên.”

Các nhà nghiên cứu giải thích rằng khi da của ngón tay con người chạm vào thứ gì đó, nó sẽ trải qua biến dạng cơ học như nén, kéo dài hoặc kéo. “Những biến dạng này kích thích các cơ quan thụ cảm phát ra các xung điện. Các xung điện di chuyển qua hệ thống thần kinh trung ương đến vỏ não cảm giác thân thể của não và cuối cùng được não tích hợp để nhận biết các đặc tính của vật liệu,” họ viết.

Lấy cảm hứng từ quá trình này, nhóm đã thiết kế ngón tay sinh học thông minh bằng cách sử dụng các chùm sợi carbon làm cơ chế thụ cảm.

Ngón tay sinh học được mô tả trong Báo cáo Tế bào Khoa học Vật lý bao gồm một bó sợi carbon với một xi lanh kim loại có đường kính 0.5 mm được gắn ở trên làm đầu tiếp xúc. Các sợi kết nối với một mô-đun xử lý tín hiệu, mô-đun này chứa các mô-đun điều khiển và thu tín hiệu kết hợp với cảm biến để thiết lập một hệ thống phản hồi xúc giác.

Ngón tay sinh học quét một vật thể bằng cách tạo áp lực lên bề mặt, phát hiện cả cấu trúc bên ngoài và bên trong khi vật thể đó di chuyển. Nó đo mức độ nén của bề mặt, cung cấp thông tin về độ mềm hoặc độ cứng tương đối của vật thể được chạm vào. Ngón tay sinh học có thể đạt được độ phân giải không gian ít nhất là 500 µm trong x và y mặt phẳng và 200 µm trong z hướng trục.

Luo, và các đồng điều tra viên chính Zhiming Chen và Yizhou Li, đã thực hiện một loạt cuộc điều tra bằng cách sử dụng ngón tay sinh học để kiểm tra các vật thể phức tạp. Một bài kiểm tra bao gồm việc nhận dạng một chữ cái cứng “A” được chôn bên dưới lớp silicon mềm bên ngoài. Họ cũng đã thử nghiệm ngón tay sinh học với một bộ xương người mô phỏng bao gồm một lớp “da” silicon mềm, một lớp “cơ”, một lớp chứa các mạch máu mô phỏng và “xương” polymer cứng.

Ngón tay sinh học đã tái tạo chính xác cấu trúc mô và định vị một mạch máu mô phỏng bên dưới lớp cơ. Các nhà nghiên cứu khuyên rằng cần cải thiện liên quan đến việc tái tạo mạch máu với độ chính xác cao hơn và cho phép ngón tay nhận ra các cấu trúc 3D phức tạp hơn.

Các nhà nghiên cứu cũng điều tra khả năng của ngón tay sinh học để chẩn đoán các vấn đề trong thiết bị điện tử. Sau khi ngón tay quét bề mặt của một hệ thống mạch linh hoạt được đóng gói, họ đã sử dụng dữ liệu để tạo bản đồ 3D về các thành phần điện bên trong của nó. Thiết bị định vị chính xác nơi mạch điện bị ngắt kết nối và xác định lỗ khoan sai mà không phá vỡ lớp bao bọc.

“Chúng tôi hiện đang cố gắng kết hợp ngón tay sinh học vào rô-bốt hoặc bộ phận giả, vì chúng tôi muốn nghiên cứu việc sử dụng nó trong kỹ thuật rô-bốt và y sinh,” Chen nói. Thế giới vật lý. “Chúng tôi đang phát triển ngón tay sinh học với khả năng phát hiện đa hướng trên các bề mặt tùy ý, đồng thời cải thiện độ nhạy và độ phân giải của nó.”

Các ứng dụng lâm sàng trong tương lai, Chen gợi ý, có thể bao gồm việc sử dụng ngón tay sinh học để giúp các bác sĩ chẩn đoán các khối u dưới da, chẳng hạn như những khối u do tổn thương ung thư vú gây ra. Ông nói thêm: “Một ngón tay sinh học của người tiêu dùng có thể giống như một máy đo huyết áp tại nhà, phát hiện điều gì đó không bình thường trong cơ thể nhưng có khả năng truyền dữ liệu đến bác sĩ để đánh giá và chẩn đoán”. “Chúng tôi dự đoán rằng nó cũng sẽ là một công cụ tuyệt vời để thử nghiệm nghiên cứu hoặc công nghiệp không xâm lấn.”

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý