توانبخشی بیمار با کمک پوست مصنوعی جدید
محققان رباتیک EPFL، به سرپرستی جیمی پایک و آزمایشگاه رابط‌های بیوالکترونیکی LSBI، به سرپرستی دکتر استیفانی لاکور، تیمی برای ایجاد یک پوست مصنوعی نازک و قابل انعطاف از سیلیکون و الکترودها تشکیل داده‌اند. هر دو آزمایشگاه بخشی از برنامه رباتیک NCCR هستند.
این فناوری که قادر به بازگرداندن حس لمس است و به عنوان haptic feedback یا بازخورد لمسی نیز شناخته می‌شود، می‌تواند به خوبی رابط‌های انسان-کامپیوتر و انسان-ربات را برای استفاده در توانبخشی پزشکی تقویت کند. سیستم حسگرها و محرک‌های نازک پوست باعث می‌شود که پوست مصنوعی با شکل دقیق مچ دست فرد مطابقت داشته باشد و به عنوان مثال، واکنش لمسی به فشار و لرزش دهد. حسگرهای کشش به طور مداوم تغییر شکل پوست را اندازه‌گیری می‌کنند به طوری‌که بازخورد لمسی بتواند در زمان واقعی قابل تنظیم باشد تا حس لمس تا حد ممکن واقعی را ایجاد کند.
محققان در این مطالعه، برای اولین بار به یک کنترل حلقه بسته برای بازخورد لمسی برای یک پلت‌فرم کاملاً نازک رسیدند. آن‌ها نمونه اولیه یک محرک بادی نازک (SPA) خودحسگر جدید با حسگرهای کشش نازک به نام SPA-skin را ساختند که در برابر کشش‌های بزرگ چند محوری مقاومت می‌کند و قادر به سنجش و تحریک با فرکانس بالا است.
آن‌ها هم‌چنین پلت‌فرم SPA-skin را برای رفتار ایستا و پویای آن در طیف وسیعی از دامنه‌ها و فرکانس‌های تحریک بیشتر مشخص کردند و یک مدل تحلیلی از این سیستم تهیه کردند تا وضعیت تورم محرک را فقط با استفاده از مقاومت حسگر تعبیه‌شده پیش‌بینی کنند. SPA-skin یک سیستم چند منظوره چندلایه است که به راحتی می‌تواند به عنوان یک رابط دو طرفه پوشیدنی با سرعت بالا برای سنجش تماس و بازخورد ارتعاش لمسی مورد استفاده قرار گیرد.
دکتر Harshal Sonar، نویسنده اصلی مطالعه گفت: “این اولین باری است که ما یک پوست مصنوعی کاملاً نازک ایجاد کرده‌ایم که متشکل از حسگرها و محرک‌ها است. این به ما امکان کنترل حلقه بسته را می‌دهد، به این معنی که می‌توانیم تحریک لرزشی را که توسط کاربر احساس می‌شود با دقت و با اطمینان تنظیم کنیم. این فناوری برای استفاده‌های پوشیدنی از جمله آزمایش اختصاصی توانایی نورولوژیکی بیمار برای حس حرکت و موقعیت در برنامه‌های پزشکی، است.”
پوست مصنوعی شامل محرک‌های بادی نازکی است که لایه‌ی غشایی را تشکیل می‌دهند که می‌توانند با پمپ کردن هوا به داخل آن، پر از هوا شوند. محرک‌ها می‌توانند با فشارها و فرکانس‌های مختلف تنظیم شوند (حداکثر ۱۰۰ هرتز یا ۱۰۰ ایمپالس در ثانیه). هنگامی که لایه غشایی به سرعت از هوا پر و خالی می‌شود، پوست ارتعاش می‌یابد.
یک لایه حسگر در بالای لایه غشایی قرار دارد و حاوی الکترودهای نازک ساخته شده از مخلوط گالیم مایع-جامد است. این الکترودها تغییر شکل پوست را به طور مداوم اندازه‌گیری می‌کنند و اطلاعات را به کنترل‌کننده کوچک ارسال می‌کنند، که از این بازخورد برای تنظیم دقیق حس منتقل شده به کاربر در پاسخ به حرکات و تغییر در عوامل خارجی، استفاده کند.
پوست مصنوعی می‌تواند تا چهار برابر طول اصلی خود کشیده شود. در حال حاضر، دانشمندان آن را بر روی انگشتان کاربران آزمایش کرده‌اند و هنوز در حال توسعه این فناوری هستند. گام بعدی محققان تهیه نمونه اولیه کاملاً پوشیدنی برای کاربرد در توانبخشی خواهد بود. این نمونه اولیه هم‌چنین در مطالعات علوم اعصاب مورد آزمایش قرار می‌گیرد و محققان فعالیت مغزی پویا را در آزمایشات رزونانس مغناطیسیبررسی خواهند کرد.
