Ripristino del senso del tatto: progressi nella tecnologia della pelle artificiale

Dio e Adamo, Dio e Adamo, si toccano

Quella che segue è la prima parte di una serie sull'integrazione cervello-macchina e sulle soluzioni biomeccaniche per ripristinare la funzione dei tessuti danneggiati da malattie, traumi o tempo.

Negli ultimi anni i ricercatori hanno sviluppato una tecnologia tattile per ricreare la sensazione tattile applicando forze a un utente. L'aptica è stata implementata nella realtà virtuale, nella telerobotica, nelle simulazioni al computer e altro ancora.

I recenti progressi nella tecnologia della pelle artificiale potrebbero portare la tecnologia tattile a un nuovo livello, consentendo a coloro che hanno arti protesici di provare ancora una volta la sensazione del tatto. La pelle è l'organo più grande del corpo. Protegge i nostri organi più vulnerabili da agenti patogeni, detriti, radiazioni e altri danni. Il suo altro ruolo, tuttavia, è molto più complicato.

La sensazione tattile deriva da una rete di neutroni incorporati nella pelle che trasmettono segnali dai punti più esterni del nostro corpo al nostro sistema nervoso centrale. Quando tocchi il telefono, il tablet o il computer che hai di fronte, la sensazione del tatto è una serie di segnali elettrici inviati al cervello. Quando questa connessione viene interrotta, come nel caso di lesioni spinali o perdita di un arto, la sensazione tattile viene persa.

Tuttavia, questa perdita potrebbe non essere più permanente. I ricercatori Wang et al. ha recentemente presentato un'avanzata tecnologia e-skin che consente un feedback sensoriale dettagliato e un'interazione morbida con l'ambiente circostante. La pelle elettronica è morbida, imita le caratteristiche fisiche della pelle umana e può essere codificata per percepire il tatto, i cambiamenti di temperatura e la pressione, il tutto trasmesso al cervello da reti neurali artificiali. In sostanza, hanno creato una pelle artificiale che potrebbe restituire il quinto senso a chi lo ha perso.

Per la maggior parte, i sistemi elettronici rimangono rigidi e rigidi. Gli ultimi anni hanno portato all’avvento di materiali elettronici più flessibili, come la fabbricazione di dispositivi morbidi, che consentono la costruzione di qualcosa come la pelle elettronica. Un problema che rimaneva per Wang et al. era che anche i migliori materiali elettronici flessibili erano ancora ad alta tensione (da 30 a 100 V). Un dispositivo indossabile con una tensione così elevata presenta un rischio significativo per chi lo indossa.

Per superare il problema dell’alta tensione, i ricercatori hanno sviluppato un isolante a tre strati da aggiungere alla e-skin. L'isolante è liscio e sottile, mantenendo l'e-skin facilmente indossabile e flessibile.

La difficoltà più significativa con l'e-skin è il rilevamento del contatto con un oggetto esterno, ma piuttosto l'interpretazione del senso e la reazione del cervello ad esso. Quando tocchi qualcosa di bollente, il tuo cervello rileva immediatamente il pericolo e inconsciamente ti tiri indietro all'istante. Questo è un feedback sensoriale. La rete neurale che collega la pelle al cervello consente una risposta rapida al tatto, più velocemente di quanto possiamo pensare consapevolmente. Con la pelle artificiale è necessario ricostruire il meccanismo di feedback sensoriale.

Quando tocchi qualcosa, i segnali analogici vengono codificati in segnali elettrici e trasmessi al cervello attraverso i nervi. Per la e-skin, i ricercatori hanno costruito una rete di transistor sinaptici a stato solido per trasportare i segnali elettrici.

Wang et al. hanno sviluppato un sistema a circuito chiuso che collega l'e-skin alla corteccia somatosensoriale in un modello di ratto vivo. La corteccia somatosensoriale si trova in prossimità della corteccia motoria, favorendo la velocità con cui le nostre risposte motorie possono essere così rapide. Esperimenti in vivo hanno mostrato che la pressione sulla e-skin ha provocato una significativa attivazione della corteccia somatosensoriale e, di conseguenza, una notevole attivazione muscolare nel ratto.

A seguito di un ciclo significativo di test su animali e umani per verificarne la sicurezza e l'efficacia, la tecnologia e-skin di Wang et al. potrebbe essere utilizzata in varie applicazioni. Innanzitutto, a livello rigenerativo, potrebbe ripristinare la sensazione tattile ai quasi due milioni di amputati solo negli Stati Uniti, così come a tutti coloro che soffrono di malattie o condizioni preesistenti che influiscono sulla sensazione tattile.

Inoltre, l’e-skin potrebbe essere utilizzato a livello industriale, sia applicandolo a macchinari azionati dall’uomo per equipaggiare meglio l’operatore o anche ai robot per ricevere dati per condurre meglio le loro operazioni.