Restaurando o sentido do tato: avanços na tecnologia de pele artificial

Deus e Adão, Deus e Adão, toque em conexão

A seguir está a primeira parte de uma série sobre integração cérebro-máquina e soluções biomecânicas para restaurar a função de tecidos danificados por doenças, traumas ou tempo.

Pesquisadores desenvolveram tecnologia háptica nos últimos anos para recriar a sensação de toque aplicando forças a um usuário. Haptics foram implementados em realidade virtual, telerobótica, simulações de computador e muito mais.

Avanços recentes na tecnologia de pele artificial podem levar a tecnologia háptica a um novo nível, permitindo que aqueles com membros protéticos sintam a sensação de toque novamente. A pele é o maior órgão do corpo humano. Ele protege nossos órgãos mais vulneráveis ​​de patógenos, detritos, radiação e outros danos. Seu outro papel, no entanto, é muito mais complicado.

A sensação de toque resulta de uma rede de nêutrons embutidos na pele que transmitem sinais dos pontos mais externos do nosso corpo para o nosso sistema nervoso central. Quando você toca no telefone, tablet ou computador à sua frente, a sensação de toque é uma série de sinais elétricos enviados ao cérebro. Quando essa conexão é rompida, como em lesões na coluna ou perda de um membro, a sensação de toque é perdida.

No entanto, essa perda pode não ser mais permanente. Os pesquisadores Wang et al. revelou recentemente uma tecnologia avançada de e-skin que permite um feedback sensorial detalhado e uma interação suave com o ambiente. A e-skin é macia, imitando as características físicas da pele humana e pode ser codificada para sentir o toque, mudanças de temperatura e pressão, tudo transmitido de volta ao cérebro por redes neurais artificiais. Essencialmente, eles criaram uma pele artificial que poderia devolver o quinto sentido àqueles que o perderam.

Na maioria das vezes, os sistemas eletrônicos permanecem rígidos e rígidos. Os últimos anos trouxeram o advento de materiais eletrônicos mais flexíveis, como a fabricação de dispositivos macios, que permite a construção de algo como a e-skin. Uma questão que permaneceu para Wang et al. foi que mesmo os melhores materiais eletrônicos flexíveis ainda eram de alta tensão (30 a 100 V). Um dispositivo vestível com voltagem tão alta apresenta um risco significativo para o usuário.

Para superar o problema de alta tensão, os pesquisadores desenvolveram um isolador de três camadas para adicionar ao e-skin. O isolador é liso e fino, mantendo a e-skin facilmente usável e flexível.

A dificuldade mais significativa com a e-skin é detectar o contato com um objeto externo, mas sim a interpretação do cérebro sobre o sentido e a reação a ele. Quando você toca em algo escaldante, seu cérebro imediatamente detecta o perigo e você, inconscientemente, recua instantaneamente. Isso é feedback sensorial. A rede neural que conecta sua pele ao seu cérebro permite uma resposta rápida ao toque, mais rápido do que podemos pensar conscientemente. Com a pele artificial, o mecanismo de feedback sensorial deve ser reconstruído.

Quando você toca em algo, os sinais analógicos são codificados em sinais elétricos e transmitidos ao cérebro por meio dos nervos. Para a e-skin, os pesquisadores construíram uma rede de transistores sinápticos de estado sólido para transportar os sinais elétricos.

Wang et ai. desenvolveram um sistema de circuito fechado conectando a e-pele ao córtex somatossensorial em um modelo de rato vivo. O córtex somatossensorial está localizado próximo ao córtex motor, auxiliando na velocidade com que nossas respostas motoras podem ser tão rápidas. Experimentos in vivo mostraram pressão na e-pele resultando em ativação significativa do córtex somatossensorial e, por sua vez, considerável ativação muscular no rato.

Após uma rodada significativa de testes em animais e humanos para segurança e eficácia, a tecnologia e-skin de Wang et al. pode ser usada em várias aplicações. Em primeiro lugar, de forma regenerativa, ele poderia restaurar a sensação de toque de quase dois milhões de amputados apenas nos Estados Unidos, bem como de todos aqueles com doenças ou condições preexistentes que afetam a sensação de toque.

Além disso, o e-skin pode ser usado industrialmente, seja aplicando-o a máquinas operadas por humanos para melhor equipar o operador ou mesmo a robôs para receber dados para melhor conduzir sua operação.