گجت نیوز آخرین اخبار تکنولوژی، علم و خودرو 
دانشمندان یک پوست مصنوعی مبتکرانه ساختهاند که مکانیسمهای کلیدی درد را تقلید میکند. این فناوری جدید به کاربران پروتزها کمک میکند تا از فشارهای آسیبزا در امان بمانند و خطر زخمهای فشاری را کاهش میدهد.
اندامهای مصنوعی، قابلیتهای حیاتی مانند راه رفتن را به افراد بازمیگردانند، اما همیشه نمیتوانند نسبت به فشار بیش از حد در محل تماس با پوست هشدار دهند؛ این نقیصه میتواند به ناراحتی و زخم منجر شود. اکنون، دانشمندان در چین نوعی پوست مصنوعی نوآورانه توسعه دادهاند که با تقلید مکانیسمهای اولیه درد، میتواند الگوهای فشار آسیبزا را تشخیص داده و به کاربران اندام مصنوعی هشدار دهد.
چالش فشار در اندامهای مصنوعی و راهحل جدید
پروتزها نقش مهمی در بهبود کیفیت زندگی افراد قطع عضو ایفا میکنند، اما یکی از چالشهای اصلی، تشخیص فشار نامناسب یا بیش از حد در ناحیه اتصال به عضو باقیمانده است. این فشارهای نامتعادل میتواند منجر به التهاب، زخمهای فشاری و ناراحتی مزمن شود که نه تنها کیفیت زندگی را کاهش میدهد، بلکه تعادل و حرکت کاربر را نیز تحت تأثیر قرار میدهد.
- دانشمندان تأثیر نور آبی روی کیفیت خواب را زیر سوال بردند!
- قرص ورزش وارد آزمایش انسانی شد؛ آیا بدون باشگاه میتوان عضله ساخت؟
- بررسی علمی ارتباط عطر زدن روی گردن با ریسک بروز سرطان و ناباروری
تیم تحقیقاتی در دانشگاه فناوری ژجیانگ چین، حسگری الهامگرفته از طبیعت طراحی کردهاند که این مشکل را هدف قرار میدهد. این حسگر که در مطالعهای در مجله Cyborg and Bionic Systems منتشر شده، به عنوان یک لایه بین پروتز و پوست عمل میکند و محل، شدت و مدت زمان فشار را پایش میکند.
سازوکار تقلید درد در پوست مصنوعی
این پوست مصنوعی از دو مسیر مکمل برای پردازش اطلاعات فشار بهره میبرد. مسیر اول، یک مسیر لمسی است که به سرعت مکان و شدت فشار را گزارش میدهد. مسیر دوم، که از سیستم درد الهام گرفته شده است، سیگنالها را در طول زمان و در نقاط مختلف حسگر ترکیب میکند. این مسیر از مادهای حساس به فشار و ترانزیستورهای شبهسیناپسی استفاده میکند که پاسخ آنها بر اساس سیگنالهای قبلی تغییر میکند و نوعی حافظه ساده به سیستم میبخشد.
- محققان یک پچ پوشیدنی ساختند که کلسترول را از طریق عرق اندازهگیری میکند
- سایه هوش مصنوعی بر آزمایشگاهها؛ زنگ خطر برای یک فاجعه جهانی
- انقلابی در واکسیناسیون؛ اولین واکسن آنفلوآنزای mRNA توسط FDA تایید شد
مهندس مکانیک، «هواپینگ وو»، نویسنده ارشد این تحقیق، توضیح میدهد که این دستگاه نه دردی را حس میکند و نه در کاربر ایجاد میکند، بلکه ویژگیهای پردازش اطلاعات مرتبط با درد مانند آستانههای تحریک، جمعآوری زمانی و فضایی، حافظه و حساسیتزدایی را بازتولید میکند. به این ترتیب، پس از یک ورودی شبیه به آسیب، پاسخ هشدار دستگاه حساستر شده و فشار ضعیفتر نیز میتواند واکنش شدیدتری را برانگیزد.
آزمایشها و نتایج اولیه امیدبخش
دانشمندان برای ارزیابی عملکرد این حسگر، ابتدا آن را روی یک دست رباتیک آزمایش کردند. در این آزمایش، فشار ۱۰ کیلوپاسکال که برای ۰٫۲۱ ثانیه اعمال میشد، بیضرر تلقی میگردید. اما زمانی که همین فشار برای ۰٫۴۹ ثانیه ادامه پیدا کرد، سیگنالها جمع شده، از آستانه هشدار عبور کردند و باعث عقبکشیدن دست رباتیک شدند. پس از این رویداد شبیه به آسیب، حتی فشار کوتاهتر ۰٫۰۶ ثانیهای نیز باعث عقبکشیدن دست شد که نشاندهنده حساسیتیافتگی سیستم بود.
سپس، تیم تحقیقاتی این حسگرها را در داخل سوکت پروتز سه شرکتکننده با قطع عضو زیر زانو قرار دادند و فشار را هنگام نشستن، راه رفتن، بالا رفتن از پلهها، پریدن و دویدن ثبت کردند. چهار نقطه حسگر در مکانهای مستعد فشار قرار داده شد. در طول دویدن، دستگاه بالا آمدن بیش از حد لگن را شناسایی کرد که باعث بارگذاری نامتوازن و افزایش فشار در جلوی عضو باقیمانده میشد. بازخورد سیستم به شرکتکنندگان کمک کرد تا الگوی راه رفتن خود را تنظیم کرده و حرکت اضافی لگن را کاهش دهند. در مقایسه با ارزیابیهای انسانی، این سیستم ۸۶٫۴ درصد از رویدادهای ناراحتی کوتاه و ۹۰٫۹ درصد از رویدادهای طولانی را به درستی شناسایی کرد.
- این دست رباتیک بدون جراحی و با کمک هوش مصنوعی، توسط ذهن انسان کنترل میشود
- این دست رباتیک با دقت 99.69 درصدی اشیاء را مانند انسان میگیرد
آینده پوست مصنوعی در توانبخشی
نتایج این تحقیقات هنوز اولیه است و نمونه اولیه سیمی باید به یک سیستم بیسیم کوچک و کممصرف تبدیل شود. «وو» تأکید میکند که باید محافظت در سطح پزشکی، اتصال ایمن و پایداری در برابر بارهای مکرر، تعریق، تغییرات دما و تغییر شکل سوکت نیز تثبیت شود. مطالعات بزرگتر و طولانیمدتتری با انواع مختلف قطع عضو و طراحی سوکت مورد نیاز است تا مشخص شود که آیا این سیستم میتواند راحتی، محافظت از بافت و فرآیند توانبخشی را بهبود بخشد یا خیر. در صورت اثبات قابلیت اطمینان، این پوست مصنوعی میتواند به کاربران پروتز درباره فشارهای خطرناک پیش از تبدیل شدن ناراحتی به آسیب، هشدار دهد.