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Il lavoro, guidato da ricercatori della Washington State University e pubblicato sulla rivista Cell Reports Physical Science, può rilevare a una scala dieci volte più fine rispetto agli attuali sensori a guanti commerciali.
Una pelle elettronica con un sistema di rilevamento in grado di rilevare pressione e temperatura potrebbe un giorno essere utilizzata per aiutare gli amputati ad acquisire sensibilità nelle loro protesi.
Il lavoro, guidato da ricercatori della Washington State University e pubblicato sulla rivista Cell Reports Physical Science, può rilevare a una scala dieci volte più fine rispetto agli attuali sensori a guanti commerciali.
“Questo approccio democratizza la produzione di e-skin di grado medico, rendendo il feedback tattile avanzato valido per un’adozione clinica diffusa”, ha detto Hongyi Shen, studente laureato presso la School of Mechanical and Materials Engineering e primo autore dell’articolo.
“Questo lavoro pone una base cruciale per una pelle bionica completa con funzioni sia di sensibilizzazione che di stimolazione aptica sulle protesi.”
La stimolazione aptica replica il senso del tatto. Fornire anche solo una sensibilità parziale agli amputati potrebbe migliorare notevolmente la loro capacità di svolgere i compiti.
Anche se ora sono disponibili skin elettroniche, sono costose e hanno una bassa risoluzione di rilevamento.
Spesso non si adattano bene alle persone e coprono solo piccole regioni.
Anzi, più le e-skin sono realizzate con una forma personalizzata, peggiori sono le capacità di rilevamento. Inoltre, la grande quantità di dati generati dagli array di rilevamento fa sì che non funzionino bene in tempo reale.
“Spesso questi dispositivi sono costretti a scendere a compromessi tra comfort e affidabilità meccanica”, ha detto Shen.
I ricercatori della WSU hanno sviluppato un sistema di rilevamento personalizzabile per protesi che si adatta alla forma libera degli arti e imita meglio la pelle umana reale nelle sue capacità di rilevamento.
I moduli sensori che hanno creato sono sandwich a sottili strati che incorporano sensori di temperatura e pressione.
Gli elementi permettono una percezione tattile simile a quella umana, consentendo un’identificazione affidabile della texture superficiale e delle proprietà dei materiali.
I ricercatori hanno utilizzato un metodo di produzione “scan-model-print” che consente un rilevamento ad alta densità contemporaneamente alla realizzazione personalizzata e 3D.
“Lo scanner fondamentalmente scansiona la protesi e poi, in base alla geometria, mappiamo i nostri sensori come un sistema di rilevamento multimodale con quella geometria”, ha detto Kaiyan Qiu, professore assistente della famiglia Berry presso la School of Mechanical and Materials Engineering e autore corrispondente dell’articolo.
“Questo permette al nostro sistema di rilevamento di avere una copertura fluida sulla regione libera delle protesi.”
I sensori sono precisi e affidabili e possono misurare sia la pressione che la temperatura ad alta densità su una superficie piatta o curva. Invece di richiedere adesivi, i moduli di sensori si incastrano come Lego.
“Il nostro metodo principale di produzione, utilizzando stampa 3D e taglio laser, è relativamente semplice, quindi potrebbe essere relativamente economico e comodo,” ha detto Qiu.
Il progetto è stato parzialmente sostenuto dal National Science Foundation Research Traineeship in Next-Generation Robotics (NRT-LEAD) della WSU, guidato da Prashanta Dutta, Richard Schneider Jr. Professor e direttore della School of Mechanical and Materials Engineering. Dutta è anche autore corrispondente dell’articolo. Ulteriore supporto è stato fornito dalla startup WSU di Qiu e dai fondi Cougar Cage.
I ricercatori hanno presentato una dichiarazione di invenzione per un brevetto provvisorio al team dell’Ufficio di Ricerca, Innovazione e Imprenditoria della WSU.
Stanno anche lavorando a un attuatore che alla fine convertirà i segnali di rilevamento dell’e-skin per far sapere all’amputato cosa sta toccando. Questo comporterebbe la conversione dei segnali sensoriali in stimolazione e segnalazione dei nervi vicini.
Shen, che è un tirocinante NRT-LEAD, ha detto di avere da tempo un interesse nell’aiutare le persone in contesti di riabilitazione e di avere esperienza nel lavoro con sensori e nella stampa 3D.
“Facendo così, ho unito i miei interessi,” disse. “Penso che quello che stiamo facendo in questo progetto sia davvero un giorno aiutare gli amputati a rendere la loro vita più facile con il nostro dispositivo.”
Photo by Sravanthi Yalamanchili/WSU
