В России разработали элементы для создания «электронной кожи»
Ученые НИУ «МИЭТ» и Сеченовского университета разработали чувствительные датчики из биосовместимого материала, которые могут использоваться для создания «электронной кожи», а также в перспективе позволят отказаться от травмирующей процедуры биопсии, сообщили авторы. Результаты исследований опубликованы в Micromachines.
Кожа является самым крупным органом человеческого тела, может воспринимать сложные воздействия окружающей среды и реагировать на них. Для имитации сенсорной системы человека ученые всего мира работают над созданием «электронной кожи», рассказали специалисты.
По словам ученых, она может быть использована для создания протезов следующего поколения, в персонализированной медицине, мягкой робототехнике, искусственном интеллекте и человеко-машинных интерфейсах (дисплеи, фотоэлектрические и транзисторные технологии). Также она может применяться в носимых системах мониторинга и ухода за здоровьем человека, биомедицине, регенеративной медицине (например, для контроля движения различных частей тела: конечностей, суставов, грудной клетки, деформации мышечной ткани в рамках послеоперационной терапии и т.п.).
Разрабатывая «электронную кожу», специалисты стремятся как можно точнее воссоздать функции человеческой сенсорной системы, наиболее чувствительные механические рецепторы которой находятся на кончике языка и пальцев рук человека – их еще называют тактильными. Чувствительность этих рецепторов находится в диапазоне давления 20-50 Па.
В университете рассказали, что в мире существуют многочисленные датчики давления для робототехники с чувствительностью до уровня 10 Па. Но они имеют низкую степень биологической совместимости и такие рабочие диапазоны, которые не позволяют применять их в медицинских приложениях.
Ученые Института биомедицинских систем НИУ «МИЭТ» и Института бионических технологий и инжиниринга Сеченовского университета разработали две группы чувствительных датчиков деформации: тактильные и растягиваемые.
Как сообщили исследователи, разработанные датчики отличаются от известных аналогов тем, что создаются на основе биологического материала или биологически совместимого материала, легко наносятся и снимаются. Они позволяют с высокой точностью регистрировать различные формы деформации, а также формы поверхности – растягивание, изгиб, выпуклость, вогнутость, что расширяет его диагностические возможности.«
"Чувствительным элементом созданного датчика деформации служит пленка толщиной меньше 1 мкм из композиционного наноматериала, содержащего бычий сывороточный альбумин, или микрокристаллическую целлюлозу, или полидиметилсилоксан и небольшую добавку (менее 1%) – углеродные нанотрубки", – рассказал доцент Института биомедицинских систем НИУ "МИЭТ" Леван Ичкитидзе.
Он добавил, что обработка лазерным лучом существенно улучшает механические и электрические свойства пленки.
Для тактильных датчиков учеными получены показатели чувствительности 20-60 Па, а также реализована интеллектуальная система визуального распознавания жестов с точностью около 94%, рассказали специалисты.
«Такие датчики могут применяться в малоинвазивной хирургии: для завязывания узлов с помощью лапароскопических процедур, точного контроля режущего инструмента, сбора тактильных данных в точке контакта хирургического инструмента, в телероботических операциях или диагностике», – рассказал Ичкитидзе.
По словам авторов, при применении датчиков в новом типе эндоскопа удастся избежать травмирующей процедуры биопсии (взятие клеток или тканей из организма с диагностической целью). Эту функцию будет выполнять тактильный датчик в виде матрицы из многочисленных чувствительных элементов. Ученые уверены, что такой инструмент будет активно востребован в медицине, особенно в онкологии.
Результаты исследований отражены в ряде научных публикаций 2022–2023 годов (Bioengineering, Nanomaterials, Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications) и в патентах Российской Федерации (№2662066, №2685570).
Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
