Elektronische huid reageert op pijn zoals de menselijke huid

Het prototype is ontwikkeld door een team van de RMIT University in Melbourne (Australië) bootst de bijna onmiddellijke feedbackreactie van het lichaam na. Het reageert met dezelfde snelheid als zenuwsignalen naar de hersenen.

Hoofdonderzoeker Madhu Bhaskaran: "We voelen de hele tijd dingen door de huid, maar onze pijnreactie treedt pas op een bepaald punt in werking, bijvoorbeeld als we iets te heets of te scherps aanraken. Geen enkele elektronische technologie was nog in staat om dat gevoel realistisch na te bootsen. Onze kunsthuid reageert onmiddellijk wanneer druk, hitte of kou een pijnlijke drempel bereiken. Dit is een cruciale stap voorwaarts in de toekomstige ontwikkeling van de geavanceerde feedbacksystemen die we nodig hebben om echt slimme protheses en intelligente robotica te leveren."

Prototypes voor functionele detectie

Naast het pijngevoelige prototype heeft het onderzoeksteam apparaten ontwikkeld met rekbare elektronica die veranderingen in temperatuur en druk kunnen waarnemen en erop kunnen reageren.

Bhaskaran zegt dat de drie functionele prototypes zijn ontworpen om de belangrijkste kenmerken van het detectievermogen van de huid in elektronische vorm te leveren.

Met verdere ontwikkeling zou de rekbare kunsthuid ook een toekomstige optie kunnen zijn voor niet-invasieve huidtransplantaten, waar de traditionele aanpak niet haalbaar is of niet werkt.

 Hoe je een elektronische huid maakt

Het onderzoek, gepubliceerd in Advanced Intelligent Systems en ingediend als voorlopig octrooi, combineert drie technologieën die eerder door het team zijn ontwikkeld en gepatenteerd:

• Rekbare elektronica: een combinatie van oxidematerialen met biocompatibel silicium om transparante, onbreekbare en draagbare elektronica te leveren zo dun als een sticker.
• Temperatuur-reactieve coatings: zelfmodificerende coatings die 1000 keer dunner zijn dan een mensenhaar op basis van een materiaal dat transformeert in reactie op hitte.
• Hersenen-nabootsend geheugen: elektronische geheugencellen die de manier nabootsen waarop de hersenen langetermijngeheugen gebruiken om eerdere informatie op te roepen en vast te houden.

Het prototype van de druksensor combineert rekbare elektronica en langetermijngeheugencellen, de warmtesensor combineert temperatuur-reactieve coatings en geheugen, terwijl de pijnsensor alle drie de technologieën integreert.

PhD-onderzoeker Ataur Rahman zegt dat de geheugencellen in elk prototype verantwoordelijk zijn voor het triggeren van een reactie wanneer de druk, hitte of pijn een bepaalde drempel bereiken. "We hebben in wezen de eerste elektronische somatosensoren gemaakt, die de belangrijkste kenmerken van het complexe systeem van neuronen, zenuwbanen en receptoren van het lichaam repliceren die onze perceptie van sensorische stimuli aansturen.

"Hoewel sommige bestaande technologieën elektrische signalen hebben gebruikt om verschillende pijnniveaus na te bootsen, kunnen deze nieuwe apparaten reageren op echte mechanische druk, temperatuur en pijn, en de juiste elektronische respons leveren. Het betekent dat onze kunsthuid het verschil kent tussen voorzichtig een pin aanraken met je vinger of jezelf er per ongeluk mee steken – een kritisch onderscheid dat nog nooit eerder elektronisch is bereikt."