До наступления 20-го века обладание протезом вряд ли было приятным опытом. Они обычно были неуклюжими деревянными приспособлениями, чья форма и функциональность были далеки от естественных. Теперь же у нас есть протезы, управляемые мозгом, способные предугадывать движения, и которые подходят абсолютно точно благодаря технологии 3D-печати.
Но даже у самых лучших протезов найдётся что-то, что можно усовершенствовать. Пока что они дают своему хозяину весьма ограниченную обратную связь, относительно того, с чем они контактируют — информацию о температуре или текстуре. Для развития этого направления исследователи в Университете Джона Хопкинса создали электронную кожу (Е-кожа). Размещённая поверх протеза, эта искусственная кожа позволяет владельцу протеза ощущать боль и другие реакции, присущие естественной конечности. Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.
Для создания электронной кожи, реакции которой сходны с человеческими, учёные, естественно, обратились к коже человека. Они отметили, что кожа содержит сеть рецепторов, передающих различные ощущения в мозг, сообщая, является ли осязаемый объект острым или гладким, горячим или холодным, твёрдым или мягким.
Создаваемое устройство должно было передавать два специфичных ощущения: изогнутость объекта и его остроту. Е-кожа создана из ткани и резины, с прослойками из сенсоров, имитирующих рецепторы естественной кожи. Эти рецепторы могли определять ощущение объекта (например, острый ли он), и отправлять соответствующий сигнал периферическим остаточным нервам по проводам.
Чтобы определить, какую информацию устройство должно послать своему носителю, учёные применили технику чрезкожной электростимуляции нервов (ЧЭН) для стимуляции периферических нервов в остатке конечности, и спрашивали, что ощущает испытуемый в фантомной конечности.
Например, некоторый уровень ЧЭН в определённом месте остаточной конечности вызвал ощущение боли в фантомной конечности. Значит, в эту точку остаточной конечности надо будет послать электрический сигнал в случае, если большой палец протеза затронет что-то, должное причинить боль — например, острый предмет.
Активность мозга регистрировалась по методу электроэнцефалографии, для подтверждения факта стимуляции фантомной конечности.
В сущности, исследователи обучали Е-кожу кодировать в электрических сигналах различные ощущения, как это делает обычная кожа. Какая в этом польза? Е-кожа позволит ощущать протез как более естественный, предохраняя его от повреждений.
«Много лет я ощущал руку как пустую скорлупу, теперь она наполнилась жизнью, — сказал один из добровольцев. — Я могу различать боль и не-боль не задумываясь, и сразу узнаю, подвергается ли моя рука опасности».
Впоследствии Е-кожа может дать роботам способность «ощущать», как это делают люди. Но в данный момент знаменательна и эта возможность вернуть людям тактильные ощущения.