Skóra to największy organ naszego ciała. Dzięki jej wrażliwości na ból możemy np. uniknąć poważnych poparzeń cofając się, gdy tylko dotkniemy czegoś gorącego, czy zmieniając ocierającą skórę odzież. Produkowane dotychczas substytuty ludzkiej skóry, mające zastosowanie w transplantacji, chirurgii plastycznej czy rekonstrukcyjnej, pozbawione były możliwości reagowania na ból. Ale może to zmienić wynalazek australijskich naukowców.
– Wykonana z silikonowej gumy sztuczna skóra ma fakturę prawdziwej skóry, a do tego jest „bardzo podobna do ludzkiej skóry pod względem właściwości mechanicznych – mówi w rozmowie z CNN Madhu Bhaskaran, profesor inżynierii na Uniwersytecie RMIT i główny badacz projektu. Ten wynalazek może doprowadzić do przełomowych innowacji w protetyce i robotyce – uważa.
Podobnie jak prawdziwa skóra, sztuczna wersja jest zaprojektowana tak, aby reagować, gdy ciśnienie, ciepło lub zimno przekraczają próg bólu. Zewnętrzne warstwy powłoki to wielowarstwowe obwody elektroniczne z czujnikami reagującymi na bodźce.
– Fascynujące w naszym ciele jest to, że działa poprzez wysyłanie sygnałów elektrycznych do ośrodkowego układu nerwowego. Obwody elektroniczne działają w podobny sposób i są równie szybkie – wyjaśnia Bhaskaran.
Kiedy dotykamy czegoś gorącego, receptory bólu w naszej skórze wysyłają sygnał elektryczny przez nerwy do mózgu. Mózg z kolei wysyła własny sygnał elektryczny, aby zainicjować reakcję - na przykład odruch wycofania, aby odsunąć daną część ciała od źródła gorąca. W podobny sposób, kiedy jeden z czujników w sztucznej skórze wykryje bodziec bólowy, wysyła sygnał elektryczny do części struktury naśladujących mózg. Można ją zaprogramować tak, aby wyzwalała ruch.
Zaprogramować skórę
Naukowcy objaśniają, że kluczowe jest określenie właściwych progów, które powinny wyzwalać reakcję. W przypadku prawdziwej skóry to często kwestia indywidualna – nie każdy cofnie rękę przy tej samej temperaturze wody, ale wszyscy będziemy unikać kontaktu z wrzątkiem. Naukowcy tworząc sztuczną skórę, ustalili określone progi tak, aby elektronika naśladująca mózg mogła je zidentyfikować i łatwo określić jako „bodźce bólowe”. Rezultatem takiego programowania jest sztuczna skóra, która potrafi odróżnić delikatne ukłucie szpilki od bolesnego dźgnięcia.
Sztuczna skóra może pomóc w stworzeniu inteligentnych protez reagujących na ból podobnie, jak prawdziwe ludzkie kończyny. To może pomóc użytkownikowi protezy na określenie m.in. tego, czy dotyka czegoś potencjalnie niebezpiecznego (np. szklanki wypełnionej gorącą wodą).
– Przeszliśmy długą drogę w dziedzinie protetyki, ale główny nacisk położono na umiejętności motoryczne i czynności, które może wykonywać proteza. Ponieważ konwencjonalne sztuczne kończyny są pozbawione skóry, nie wyczuwają zagrożeń zewnętrznych. Posiadanie warstwy przypominającej skórę sprawiłoby, że byłaby bardziej realistyczna – mówi Bhaskaran.
Sztuczna skóra może być również wykorzystywana do przeszczepów skóry. Taki przeszczep mógłby być tymczasowym środkiem, który ostatecznie zostanie zastąpiony prawdziwą skórą lub ostatecznym rozwiązaniem, gdy użycie prawdziwej skóry jest nieopłacalne lub niemożliwe.
Skóra może być również wykorzystana do stworzenia inteligentnych rękawiczek chirurgicznych – uważają jej twórcy. Ale wówczas wymagały bardzo precyzyjnych ustawień czułości.
Najbardziej perspektywicznym ze wszystkich zastosowań sztucznej skóry jest jednak robotyka. Powłoka „wyczuwająca ból” nie tylko zapewniłaby robotom bardziej realistyczny wygląd, ale także wpoiła potencjalnemu humanoidowi zdolność odczuwania bólu.
Bhaskaran nie ukrywa, że sztuczna skóra wymaga jeszcze wielu badań i pracy, zanim będzie mogła zostać zastosowana w protetyce czy robotyce.
