La nuova pelle elettronica può reagire al dolore come la pelle umana

I ricercatori hanno sviluppato una pelle artificiale elettronica che reagisce al dolore proprio come la vera pelle, aprendo la strada a protesi migliori, robotica più intelligente e alternative non invasive agli innesti cutanei.

Il prototipo del dispositivo sviluppato da un team della RMIT University di Melbourne, in Australia, può replicare elettronicamente il modo in cui la pelle umana percepisce il dolore.

Il dispositivo imita la risposta di feedback quasi istantanea del corpo e può reagire a sensazioni dolorose con la stessa velocità di illuminazione con cui i segnali nervosi viaggiano al cervello.

Il ricercatore capo, il professor Madhu Bhaskaran, ha affermato che il prototipo sensibile al dolore è stato un progresso significativo verso le tecnologie biomediche di prossima generazione e la robotica intelligente.

“La pelle è il più grande organo sensoriale del nostro corpo, con caratteristiche complesse progettate per inviare segnali di allarme a fuoco rapido quando qualcosa fa male”, ha detto Bhaskaran.

“Sentiamo continuamente cose attraverso la pelle, ma la nostra risposta al dolore si attiva solo a un certo punto, come quando tocchiamo qualcosa di troppo caldo o troppo affilato.

“Nessuna tecnologia elettronica è stata in grado di imitare realisticamente quella sensazione molto umana di dolore, fino ad ora.

“La nostra pelle artificiale reagisce istantaneamente quando la pressione, il caldo o il freddo raggiungono una soglia dolorosa.

“È un passo avanti fondamentale nello sviluppo futuro dei sofisticati sistemi di feedback di cui abbiamo bisogno per fornire protesi veramente intelligenti e robotica intelligente”.

Prototipi di rilevamento funzionale

Oltre al prototipo sensibile al dolore, il team di ricerca ha anche sviluppato dispositivi che utilizzano un’elettronica estensibile in grado di rilevare e rispondere ai cambiamenti di temperatura e pressione.

Bhaskaran, co-leader del gruppo Functional Materials and Microsystems di RMIT, ha affermato che i tre prototipi funzionali sono stati progettati per fornire le caratteristiche chiave della capacità di rilevamento della pelle in forma elettronica.

Con un ulteriore sviluppo, la pelle artificiale estensibile potrebbe anche essere un’opzione futura per innesti cutanei non invasivi, dove l’approccio tradizionale non è praticabile o non funziona.

“Abbiamo bisogno di ulteriori sviluppi per integrare questa tecnologia nelle applicazioni biomediche, ma i fondamenti – la iocompatibilità, l’elasticità simile alla pelle – sono già presenti”, ha affermato Bhaskaran.

Come fare la pelle elettronica

La nuova ricerca, pubblicata su Sistemi intelligenti avanzati e depositato come brevetto provvisorio, combina tre tecnologie precedentemente sperimentate e brevettate dal team:

• Elettronica estensibile: combinazione di materiali di ossido con silicio biocompatibile per fornire un’elettronica trasparente, infrangibile e indossabile sottile come un adesivo.
• Rivestimenti termoreattivi: rivestimenti automodificanti 1.000 volte più sottili di un capello umano basati su un materiale che si trasforma in risposta al calore.
• Memoria che imita il cervello: cellule di memoria elettroniche che imitano il modo in cui il cervello utilizza la memoria a lungo termine per ricordare e conservare le informazioni precedenti.

Il prototipo del sensore di pressione combina elettronica estensibile e celle di memoria a lungo termine, il sensore di calore riunisce rivestimenti e memoria reattivi alla temperatura, mentre il sensore del dolore integra tutte e tre le tecnologie.

dottorato di ricerca Il ricercatore Md Ataur Rahman ha affermato che le celle di memoria in ciascun prototipo erano responsabili dell’attivazione di una risposta quando la pressione, il calore o il dolore raggiungevano una soglia prestabilita.

“Abbiamo essenzialmente creato i primi somatosensori elettronici, replicando le caratteristiche chiave del complesso sistema di neuroni, percorsi neurali e recettori del corpo che guidano la nostra percezione degli stimoli sensoriali”, ha affermato.

“Mentre alcune tecnologie esistenti hanno utilizzato segnali elettrici per simulare diversi livelli di dolore, questi nuovi dispositivi possono reagire alla pressione, alla temperatura e al dolore meccanici reali e fornire la giusta risposta elettronica.

“Significa che la nostra pelle artificiale conosce la differenza tra toccare delicatamente uno spillo con il dito o pugnalarsi accidentalmente con esso攁 distinzione fondamentale che non è mai stata raggiunta prima elettronicamente”.

La ricerca è stata supportata dall’Australian Research Council e intrapresa presso il Micro Nano Research Facility all’avanguardia di RMIT per la micro/nano-fabbricazione e la prototipazione di dispositivi.