触覚の回復：人工皮膚技術の進歩

神とアダム、神とアダム、触れ合うつながり

以下は、病気、外傷、または時間によって損傷した組織の機能を回復するための脳と機械の統合および生体力学的ソリューションに関するシリーズの最初の部分です。

研究者らは過去数年にわたって、ユーザーに力を加えることによって触覚を再現する触覚技術を開発してきました。 ハプティクスは、仮想現実、テレロボティクス、コンピューター シミュレーションなどに実装されています。

人工皮膚技術の最近の進歩は、触覚技術を新たなレベルに引き上げ、義足を持つ人々が再び触覚を感じることを可能にするかもしれません。 皮膚は体の中で最大の臓器です。 私たちのより脆弱な臓器を病原体、破片、放射線、その他の害から守ります。 ただし、その他の役割ははるかに複雑です。

触覚は、体の最も外側の点から中枢神経系に信号を中継する皮膚に埋め込まれた中性子のネットワークから生じます。 目の前の携帯電話、タブレット、またはコンピューターに触れると、その触感は脳に送られる一連の電気信号です。 脊椎損傷や四肢の喪失などによってこの接続が切断されると、触覚が失われます。

ただし、この損失は永久的なものではなくなる可能性があります。 研究者のWangらは、 最近、詳細な感覚フィードバックと周囲とのソフトな相互作用を可能にする高度な e-skin テクノロジーを発表しました。 e-skin は柔らかく、人間の皮膚の物理的特徴を模倣しており、接触、温度変化、圧力を感知するようにエンコードでき、すべて人工ニューラル ネットワークによって脳に伝えられます。 本質的に、彼らは第五感を失った人々にそれを取り戻すことができる人工皮膚を作成しました。

ほとんどの場合、電子システムは硬直したままです。 近年、ソフトデバイス製造など、より柔軟な電子材料の出現により、e-skin のようなものの構築が可能になりました。 Wangらにとって残された問題。 それは、最高のフレキシブル電子材料であっても依然として高電圧 (30 ～ 100 V) であるということでした。 このような高電圧を伴うウェアラブルは、着用者に重大なリスクをもたらします。

高電圧の問題を克服するために、研究者らは e-skin に追加する 3 層絶縁体を開発しました。 絶縁体は滑らかで薄いため、e-skin は簡単に装着でき、柔軟性が保たれています。

e-skin の最も大きな困難は、外部の物体との接触を検出することではなく、それに対する脳の感覚と反応の解釈です。 火傷するものに触れると、脳は即座に危険を察知し、無意識のうちに即座に後退します。 これが感覚フィードバックです。 皮膚と脳を繋ぐ神経ネットワークは、私たちが意識的に考えるよりも早く、接触に対する素早い反応を可能にします。 人工皮膚では、感覚フィードバック機構を再構築する必要があります。

何かに触れると、アナログ信号が電気信号にエンコードされ、神経を介して脳に伝えられます。 e-skin の場合、研究者らは電気信号を伝えるソリッドステート シナプス トランジスタのネットワークを構築しました。

王ら。 は、生きたラットモデルで e-skin を体性感覚皮質に接続する閉ループシステムを開発しました。 体性感覚皮質は運動皮質のすぐ近くに位置しており、私たちの運動反応の速さを助けています。 in vivo 実験では、e-skin への圧力がラットの体性感覚皮質の顕著な活性化をもたらし、ひいてはかなりの筋肉の活性化を引き起こすことが示されました。

安全性と有効性についての動物と人間の重要な試験を経て、Wang らの e-skin 技術はさまざまな用途に使用できる可能性があります。 何よりもまず、再生的に、米国だけで約 200 万人の切断患者だけでなく、接触感覚に影響を与える疾患や既存疾患を持つすべての切断患者の接触感覚を回復できる可能性があります。

さらに、e-skin は、人間が操作する機械に適用してオペレーターの装備を向上させたり、ロボットに適用して操作をより適切に実行するためのデータを受信したりするなど、工業的に使用することもできます。

このテクノロジーが広範に商業化されるまでには少なくとも数年かかりますが、ロボット工学、人工知能、その他の重要な再生機能の急速な発展により、この技術や同様の進歩が急速に普及するのが間もなく見られるでしょう。