ساخت پوست مصنوعی که قادر است حس لامسه را به مغز انتقال دهد

اگرچه پیشرفت های بسیار زیادی در زمینه پروتزهای مصنوعی برای افرادی که دچار شکستگی شده اند یا افرادی که قسمتی از بدن خود را از دست داده اند انجام شده، اما هیچ یک از این افراد با استفاده از این پروتزها قادر نیستند که حس و لامسه خود را از طریق گوشت های مصنوعی پروتز شده،بازیابی کنند.نتایج یک تحقیق بسیار فوق العاده توسط گروهی از مهندسان دانشگاه استنفورد در آخرین شماره مجله معتبر Science منتشر شده که به نظر می رسد این کمبود به زودی برطرف خواهد شد.این گروه از مهندسان یک پوست پلاستیکی تولید کرده اند که قادر است حس اجسام را به وسیله لمس کردن آن اجسام دریافت و به عنوان یک سیگنال الکتریکی به مغز بفرستد.

سرپرست تحقیقات،Zhenan Bao،در گذشته نزدیک به ده سال را صرف تحقیقات برای ساخت ماده ای کرده که بتواند مانند پوست طبیعی توانایی انعطاف و بازسازی داشته باشد و عواملی مانند درد، فشار و تغییرات دمای محیط بیرونی را درک کند؛که این تحقیقات جدید به یکی از موارد بالا دست یافته؛پوست جدید ساخته شده می تواند تغییرات فشار را شناسایی کند،این ویژگی جایی مهم می شود که می خواهیم با تحلیل سیگنال های مغزی تغییرات فشار،لمس یک عامل بیرونی را درک کنیم.Bao می گوید:این اولین باری است که یک متریال پوست مانند انعطاف پذیر می تواند علاوه بر شناسایی تغییرات فشار،آنها را به صورت یک سیگنال به سیستم عصبی انتقال دهد.

پوست پلاستیکی تولید شده، دارای دو لایه مجزاست؛لایه بالایی شامل قسمت هایی است که شامل مکانیسم های حس می شوند و در لایه پایینی مدارهایی وجود دارد که حس ثبت شده را به صورت سیگنال به مغز می فرستد،سیگنال هایی که برای طی مسیر خود تا مغز ابتدا به صورت قابل شناسایی برای سلول های عصبی در می آیند و سپس از طریق آنها به مغز انتقال می یابند. لایه بالایی شامل حسگر های فشار ی است که فشار را در حدود استانداردی که پوست طبیعی حس می کند،شناسایی می کنند،این موضوع بدان معنیست که حس برخورد یک جسم نرم و یک جسم تیز برای شناساگرها متفاوت خواهد بود.این لایه متشکل از یک پلیمر پلاستیکی بسیار نازک و ارتجاعی است که در کنار حالت دولایه شبکه ای خود،بسیار حساس نیز هست.با اندازه گیری میزان تراکم ملکولی پلیمر استفاده شده در آن،می توان گفت که حتی کوچک ترین فشار ها بر روی آن قابل شناسایی است.ساختار شبکه ای از میلیاردها ساختار کربنی به نام نانولوله ها (nanotubes) ساخته شده.اندازه این ساختار های باورنکردنی یک میلیارد بار کوچک تر از یک متر است و در کنار ساختار بسیار ظریف و کوچکشان،ویؤگی های عجیبی دارند؛آنها علاوه بر اینکه تا پانزده برابر قویتر از فولاد هستند می توانند تا ده برابر مس ،گرما را تحمل کنند،از طریق پلاستیک الکتریسیته را انتقال دهند و همدیگر را در صورت ایجاد پتانسیل الکتریکی تحریک کنند و سیگنالی را با اعمال فشار بر رویشان تولید کنند که برای سیتم عصبی خوانا باشد.

با استفاده از شاخه ی جدیدی از علم نوین به نام Optogenetic در این تحقیقات،محققان توانسته اند شرایطی را فراهم کنند که نورون ها به وسیله محدوده خاصی از فرکانس نور نیز تحریک شوند.با جمع بندی نتایج این تحقیقات،راهکاری پیدید آمد که به وسیله آن می توان یکی از پروتئین های مغزی را شبیه سازی کرد.زمانی که پوست فشار را حس می کند،نانولوله های موجود در پوست مصنوعی تولید شده در ارتباط با یکدیگر،سیگنال خاصی را تولید می کند،سپس سیگنال تولید شده به یک پالس نوری تبدیل می شود و با استفاده از فناوری Optogenetic نورون های عصبی تحریک می شوند. نتیجه این تحقیقات به طور واضح نشان می دهد که پوست مصنوعی تولید شده با استفاده از این ساز و کار می تواند با سیستم عصبی انسان ارتباط برقرار کند و این ارتباط راهی است که در آینده ساخت گوشت مصنوعی که قابلیت لمس را به طور دقیق داراست را امکان پذیر می کند.