Tutkijat kehittivät proteesin sormenpäihin sensorit, jotka välittävät kosketusaistimuksen hermosoluille. Tavoitteena on kehittää sensoreja pienemmiksi niin, että niitä voitaisiin sijoittaa tiuhasti ympäri kättä oikean ihon tapaan. Kuva: Bao Research Group, Stanford University.
Tutkijat kehittivät proteesin sormenpäihin sensorit, jotka välittävät kosketusaistimuksen hermosoluille. Tavoitteena on kehittää sensoreja pienemmiksi niin, että niitä voitaisiin sijoittaa tiuhasti ympäri kättä oikean ihon tapaan. Kuva: Bao Research Group, Stanford University.
Proteesin päälle puettava keinotekoinen iho on joustavaa, ja myös reseptorit ovat taipuisia. Kuva: Bao Research Group, Stanford University.
Proteesin päälle puettava keinotekoinen iho on joustavaa, ja myös reseptorit ovat taipuisia. Kuva: Bao Research Group, Stanford University.

Uusi keksintö tuo tuntevat proteesit piirun verran lähemmäksi toteutumistaan.

Miltä tuntuisi astua ojan partaalle tai tarttua ovenkahvaan, jos raajasi ei tuntisi mitään? Tämä on proteesien käyttäjille arkipäivää. Tekokäden- tai jalan liikuttamisessa on opettelemista, eikä tunnottomuus auta asiaa.

Stanfordin yliopiston tutkijat ovat nyt esitelleet ratkaisunsa ongelmaan. He ovat kehittäneet tekoihon, jonka reseptorit matkivat ihon omia mekanoreseptoreita.

Aivan kuten oikeat esikuvansa, keinotekoiset mekanoreseptorit aistivat painetta ja välittävät ärsykkeen hermosoluille. Tiedonsiirtoa on kokeiltu hiiren aivosoluilla.

"Tämä on ensimmäinen kerta kun joustava, ihonomainen materiaali on saatu aistimaan painetta ja välittämään tieto hermostoon", kommentoi  Zhenan Bao tutkimustiedotteessa. Hän johti tekniikan kehittänyttä 17-päistä tutkimusryhmää.

Painetta aistivat sensorit rakennettiin hiilinanoputkista. Kun ne puristuvat paineen vaikutuksesta lähemmäksi toisiaan, ne välittävät sähkösignaalin niihin kiinnitettyyn virtapiiriin. Mitä kovempi puristus, sitä enemmän sähköä elektrodin läpi virtaa.

Tuntoaistia imitoivan sensorin kehittäminen on haastavaa, koska sen pitäisi havaita painetta samalla asteikolla kuin ihmisenkin. Kehittäjien mukaan he onnistuivat tehtävässä jo sen verran hyvin, että käsiproteesin päälle puettuna tekoiho kykenisi erottamaan velton ja napakan kädenpuristuksen toisistaan.

Toinen haaste oli signaalin välittäminen sensoreista aivokuoren hermosoluille. Tämä tehtiin muuttamalla sähkösignaali valoimpulssiksi, jonka hermosolut voisivat lukea.

Yleisesti optogenetiikassa käytetyt valolle herkät proteiinit eivät ärsytä hermosoluja tarpeeksi pitkään, jotta signaali tuntuisi joltain. Tätä varten tutkijat kehittivät uudenlaisia proteiineja, joiden avulla sensorien virtapiiriin tuottama digitaalinen tieto siirtyy hermosignaaliksi.

Tutkimusryhmä pitää valoon perustuvaa menetelmää kuitenkin sen verran monimutkaisena, että sitä tuskin tullaan käyttämään oikeissa proteeseissa. Hermosolujen ärsyttäminen sähkövirralla on todennäköisempi vaihtoehto.

Bao ryhmineen haaveilee seuraavaksi kehittävänsä sensoreita, jotka välittävät myös muunlaisia tuntoaistimuksia, kuten lämpötilaa ja kosteutta. Se mahdollistaisi esimerkiksi lämpimän kahvimukin erottamisen kylmästä.

"Vaatii vielä paljon työtä viedä tämä kokeilu käytännön sovellutuksiksi", Bao sanoo tiedotteessa. "Mutta käytettyäni vuosia tähän työhön näen nyt selkeän tien, johon suuntaan keinotekoista ihoa voi viedä."

Tuntevasta tekoihosta kertovan tutkimuksen julkaisi Science.