Sensorer som etterligner føleceller i huden har simulert hjerneceller i døde mus. Forskerne fra Stanford University håper at sensorene i framtida kan brukes i proteser, for eksempel i en kunstig hånd. (Illustrasjonsfoto: Bao Research Group, Stanford University)
Sensorer som etterligner føleceller i huden har simulert hjerneceller i døde mus. Forskerne fra Stanford University håper at sensorene i framtida kan brukes i proteser, for eksempel i en kunstig hånd. (Illustrasjonsfoto: Bao Research Group, Stanford University)

Følsomme kunstige fingre

Føleceller av bøyelig elektronikk stimulerer hjerneceller i museforsøk.

Publisert

Med nanorør og stimulering av lysfølsomme hjerneceller har forskere fra Stanford University klart å etterligne berøringssansen i huden.

Disse første forsøkene er gjort på hjerneceller i døde mus. I framtida håper forskerne at teknologien kan brukes i proteser for mennesker.

Da vil brukerne kunne kjenne trykk mot huden. Dette er særlig viktig i proteser av hånden. Her er fingerspissfølelse nødvendig for å kunne gripe og bruke hendene presist.

Med følelse i protesen kan også fantomsmerter lindres, ifølge fagartikkelen, som publiseres i tidsskriftet Science.

Slike fantomsmerter oppstår når hjernen ikke lenger har følelseskontakt med den manglende kroppsdelen. Føleprotesen kan gjenopprette en slik kontakt.

Større trykk, raskere nervepulser

Forskerne har løst to problemer – lavt strømforbruk og riktig type stimulering av hjernen.

For å starte med det siste: Hjernen reagerer på nervesignaler fra føleceller på en spesiell måte.

Når huden blir berørt, fyrer følecellene av en mitraljøse av nervepulser. Jo sterkere trykk mot følecellene, desto raskere kommer pulsene.

Større trykk, endret motstand

Forskerne måtte lage elektriske kretser som kunne virke på samme måte. Jo sterkere trykk mot sensoren, desto raskere pulser – eller, sagt på en annen måte – høyere frekvens på signalet.

Dette fikk de til ved å bruke et spesielt materiale der trykket mot materialet fører til at motstanden endres.

Forskerne måtte bruke karbon nanorør i dette materialet for at motstanden skulle variere over et stort nok område.

Det var nødvendig for å fange opp hele spennet fra den letteste berøring til et kraftig slag.

De kunstige følesensorene er printet i organiske, elastiske materialer. Derfor kan de brukes i framtidas kunstige hud. (Foto: Bao Research Group, Stanford University)
De kunstige følesensorene er printet i organiske, elastiske materialer. Derfor kan de brukes i framtidas kunstige hud. (Foto: Bao Research Group, Stanford University)

Strømgjerrig svingekrets

Når motstanden endres, endres også den elektriske spenningen. Dette kan utnyttes i det som kalles en spenningsstyrt svingekrets.

I en slik svingekrets øker frekvensen i takt med spenningen inn. Dermed hadde forskerne laget en krets som oversatte trykk til elektrisk frekvens, slik som i ekte følenerver.

Forskerne brukte en spesiell type svingekrets med transistorer som bruker svært lite strøm.

Printet organisk elektronikk

Dermed er det andre hovedproblemet løst. Lavt strømforbruk blir viktig når mange sensorer tett i tett skal dekke viktige følesoner, for eksempel på fingertuppene.

Sensorene printes ut av elastiske organiske materialer, slik at sensoren kan bygges inn i tøyelig, kunstig hud. Men hvordan sendes de elektriske svingningene til hjernen?

Lysfølsomme hjerneceller

Først gjorde forskerne de elektriske signalene om til lysglimt fra en lysdiode. Disse lysglimtene utløste impulser i nerveceller i hjernen på den døde musa.

Dette er mulig med spesielt genmodifiserte hjerneceller. De reagerer på lys. Forskerne måtte utvikle sine egne genmodifiserte celler for at de skulle klare å reagere lenge nok over tid på signalene fra den kunstige følenerven.

En ledning – mange nervepulser

Hvis teknologien en gang i framtida blir moden for bruk i proteser for mennesker, håper forskerne at de også kan klare å kode de elektriske svingningene sammen i en felles ledning.

Slik kan mange enkeltsensorer bruke den samme ledningen opp til hjernen.

Referanse:

Benjamin C.-K. Tee m.fl.: A skin-inspired organic digital mechanoreceptor, Science 16. Oktober 2015, vol. 350, issue 6258, doi/10.1126/science.aaa9306, sammendrag.