اندامهای مصنوعی، به افرادی که قطع عضو شدهاند، این امکان را میدهند که فعالیتهای حیاتی مانند راه رفتن را از سر بگیرند؛ با این حال، این پروتزها بهطور معمول نمیتوانند در مقابل فشارهای نامناسبی که بر پوست وارد میشود، هشدار دهند. این نقص میتواند منجر به ناراحتی و زخم در ناحیه تماس شود. اما دانشمندان چینی اخیراً نوعی پوست مصنوعی خلاقانه طراحی کردهاند که با تقلید از مکانیسمهای درد، توانایی شناسایی فشارهای مضر را دارد و میتواند به افراد استفادهکننده از اندامهای مصنوعی هشدار دهد.
مشکل فشار در اندامهای مصنوعی و راهحل جدید
پروتزها در بهبود کیفیت زندگی افرادی که قطع عضو شدهاند، نقشی کلیدی ایفا میکنند. اما یکی از بزرگترین چالشها، شناسایی فشارهای نامناسب در ناحیهای است که پروتز با عضو باقیمانده تماس دارد. این فشارهای نامتعادل میتوانند منجر به بروز التهاب، زخمهای فشاری و دردهای مزمن شوند، که نه تنها کیفیت زندگی را کاهش میدهد، بلکه بر تعادل و حرکت کاربر نیز تاثیر منفی میگذارد.
تیم تحقیقاتی در دانشگاه فناوری ژجیانگ در چین، سنسوری الهامگرفته از طبیعت طراحی کردهاند که به مقابله با این معضل پرداخته است. این حسگر، که نتایج آن در نشریه Cyborg and Bionic Systems منتشر شده، بهعنوان یک لایه بین پروتز و پوست عمل کرده و محل، شدت و مدت زمان فشار را بهطور مداوم رصد میکند.
مکانیسم تقلید از درد در پوست مصنوعی
این پوست مصنوعی به دو روش مکمل برای پردازش اطلاعات مربوط به فشار متکی است. روش اول، روشی لمسی است که بهسرعت مکان و شدت فشار را تعیین میکند. روش دوم که از سیستم درد الهام گرفته شده، سیگنالها را در طول زمان و از نقاط مختلف حسگر ترکیب میکند. این روش دارای موادی حساس به فشار و ترانزیستورهای شبهسیناپسی است که پاسخ آنها به سیگنالهای پیشین بستگی دارد و نوعی حافظه اولیه به سیستم اضافه میکند.
- محققان یک پچ قابلپوشیدن ابداع کردند که کلسترول را از طریق عرق اندازهگیری میکند.
- سایه هوش مصنوعی بر آزمایشگاهها؛ زنگ خطری برای یک فاجعه جهانی.
- انقلابی در عرصه واکسیناسیون؛ اولین واکسن آنفلوآنزای mRNA توسط FDA تأیید شد.
مهندس مکانیک، «هواپینگ وو»، نویسنده اصلی این پژوهش، توضیح میدهد که این دستگاه بهطور مستقیم دردی را احساس نمیکند و همچنین هیچ دردی برای کاربر ایجاد نمیکند، بلکه ویژگیهای پردازش اطلاعات مرتبط با درد مانند آستانههای تحریک، جمعآوری زمانی و مکانی، حافظه و حساسیتزدایی را شبیهسازی میکند. در واقع، پس از دریافت سیگنال مشابه به آسیب، پاسخ هشدار دستگاه با دقت بیشتری تنظیم میشود و حتی فشارهای ضعیفتر نیز میتواند واکنش قویتری ایجاد کند.
آزمایشات و نتایج اولیه امیدوارکننده
به منظور ارزیابی کارایی این حسگر، تیم پژوهش ابتدا آن را روی یک دست رباتیک آزمایش کرده است. در این آزمایش، فشار ۱۰ کیلوپاسکالی که بهمدت ۰٫۲۱ ثانیه اعمال میشد، بدون هیچگونه آسیبی تلقی گردید. اما هنگامی که همین فشار برای ۰٫۴۹ ثانیه ادامه پیدا کرد، سیگنالها جمع شده و از آستانه هشدار فراتر رفتند و منجر به عقبنشینی دست رباتیک شدند. این نشاندهنده حساسیت سیستم بود، زیرا حتی فشارهای کوتاهتر از ۰٫۰۶ ثانیه نیز باعث بازگشت دست گردید.
سپس، محققان این حسگرها را در داخل سوکت پروتز سه شرکتکننده با قطع عضو زیر زانو قرار دادند و فشار را در حین نشستن، راه رفتن، بالا رفتن از پله، پریدن و دویدن بررسی کردند. چهار حسگر در نقاط مستعد فشار نصب گردیدند. در هنگام دویدن، این سیستم توانست از بارگذاری بیش از حد لگن که منجر به فشار نامتعادل در جلوی عضو باقیمانده میشد، آگاه شود. بازخورد سیستم به شرکتکنندگان کمک کرد تا الگوی حرکتی خود را بهبود ببخشند و حرکات اضافی لگن را کاهش دهند. در مقایسه با ارزیابیهای انسانی، این سیستم موفق به شناسایی ۸۶٫۴ درصد از رویدادهای ناراحتی کوتاه و ۹۰٫۹ درصد از موارد طولانیتر شد.
- این دست رباتیک بدون نیاز به جراحی و با استفاده از هوش مصنوعی تحت کنترل ذهن انسان قرار میگیرد.
- این دست رباتیک با دقت 99.69 درصدی قادر است اشیاء را مانند یک انسان در دست بگیرد.
آینده پوست مصنوعی در توانبخشی
یافتههای این پژوهش هنوز در مراحل ابتدایی هستند و نمونه اولیه سیمی نیاز به تبدیل به یک سیستم بیسیم کوچک و با مصرف انرژی کم دارد. «وو» بر این نکته تأکید میکند که باید ایمنی پزشکی، اتصال مطمئن و پایداری در برابر بارهای تکراری، تعریق، نوسانات دما و تغییرات فرم سوکت نیز مورد بررسی قرار گیرد. برای ارزیابی بهتر، به مطالعات بزرگتر و طولانیمدتتر با انواع مختلف قطع عضو و طراحی سوکت نیاز است تا مشخص شود آیا این سیستم میتواند راحتی، محافظت از بافت و فرآیند توانبخشی را بهبود بخشد یا خیر. در صورتی که قابلیت اطمینان این پوست مصنوعی اثبات شود، این نوآوری میتواند به کاربران پروتز قبل از بروز آسیب هشدار دهد.
نظرات کاربران