Ученые Института биомедицинских систем НИУ «МИЭТ» и Института бионических технологий и инжиниринга Сеченовского университета разработали чувствительные датчики, которые могут использоваться для создания «электронной кожи». Об этом сообщает РИА Новости со ссылкой на результаты исследований. Они опубликованы в нескольких научных статьях 2022–2023 годов и в патентах Российской Федерации.
Что такое «электронная кожа»?
Кожа — это самый крупный орган человеческого тела, он способен воспринимать сложные воздействия окружающей среды и реагировать на них. «Электронная кожа» — это изобретение, которое имитирует сенсорную систему человека. Над ней работают ученые по всему миру.
«Электронную кожу» можно использовать для различных целей:
∙ для создания протезов следующего поколения;
∙ в персонализированной медицине (совокупность методов профилактики, диагностики и лечения патологического состояния, основанных на индивидуальных особенностях пациента, — прим. aif.ru);
∙ мягкой робототехнике (направление робототехники, специализирующееся на конструировании роботов из мягких материалов, подобных тканям живых организмов, — прим. aif.ru);
∙ искусственном интеллекте;
∙ человеко-машинных интерфейсах (дисплеи, фотоэлектрические и транзисторные технологии);
∙ в носимых системах мониторинга и ухода за здоровьем человека;
∙ биомедицине;
∙ регенеративной медицине (например, для контроля движения конечностей, суставов, грудной клетки, деформации мышечной ткани при послеоперационной терапии и пр.).
Что за датчики разработали российские ученые?
Наиболее чувствительные механические рецепторы человеческой сенсорной системы — это тактильные, они расположены на кончике языка и пальцев рук человека. Их чувствительность находится в диапазоне давления 20-50 Па.
При разработке «электронной кожи» ученые стараются как можно точнее воссоздать функции сенсорной системы. Уже существуют различные датчики давления для робототехники, обладающие чувствительностью в 10 Па. Но они обладают низкой степенью биологической совместимости, кроме того, их рабочие диапазоны не подходят для использования в медицинских приложениях.
Российские ученые разработали собственные чувствительные датчики деформации, которые, в отличие от аналогов, созданы на основе биологического или биологически совместимого материала. Датчики легко наносятся и снимаются. Для их чувствительного элемента использована пленка толщиной меньше 1 мкм из композиционного наноматериала. Он может содержать бычий сывороточный альбумин, микрокристаллическую целлюлозу или другие материалы. Для улучшения механических и электрических характеристик пленки ее обрабатывают лазерным лучом.
Ученые создали две группы датчиков: тактильные и растягиваемые. Они дают возможность регистрировать с высокой точностью различные формы деформации и поверхности: растягивание, изгиб, выпуклость, вогнутость. Чувствительность тактильных датчиков достигает показателя 20-60 Па. Изобретение оснащено интеллектуальной системой визуального распознавания жестов, имеющей точность около 94%.
Чувствительные датчики, разработанные российскими учеными, могут применяться в малоинвазивной хирургии (вмешательства, которые проводятся без выполнения разрезов — через кровеносные сосуды, естественные отверстия либо маленькие проколы, — прим. aif.ru). Например, для точного контроля режущего инструмента, сбора тактильных данных в месте контакта хирургического инструмента и пр.
Датчики также могут использоваться в новом типе эндоскопа, что позволит обойтись без травмирующей процедуры биопсии (взятие клеток или тканей из организма для дальнейшей диагностики, — прим. aif.ru). Эту задачу сможет выполнить тактильный датчик в виде матрицы, состоящий из многочисленных чувствительных элементов.
Источники: