پوست مصنوعی با قابلیت تقلید درد؛ تحولی در امنیت و راحتی کاربران پروتز

محققان حوزه بیونیک موفق به طراحی پوست مصنوعی نوآورانه‌ای دست یافته‌اند که با بازسازی ویژگی‌های حیاتی سیستم عصبی، قادر است مکانیسم‌های پیچیده درد را در اندام‌های مصنوعی شبیه‌سازی کند. این دستاورد علمی می‌تواند تحولی بزرگ در کیفیت زندگی افراد دارای پروتز ایجاد کرده و از آسیب‌های جسمی ناشی از فشارهای نامتعادل جلوگیری کند.

چالش‌های زیستی در استفاده از پروتزهای مدرن

یکی از بزرگ‌ترین موانع در استفاده طولانی‌مدت از اندام‌های مصنوعی، عدم توانایی این تجهیزات در تشخیص فشارهای بیش از حد در محل اتصال به بدن است. این نقص فنی می‌تواند منجر به بروز التهاب، ناراحتی مزمن و زخم‌های فشاری در ناحیه باقیمانده عضو شود که مستقیماً تعادل و توانایی حرکت کاربر را مختل می‌کند.

تیم تحقیقاتی دانشگاه فناوری ژجیانگ در چین، با هدف حل این معضل، حسگری الهام‌گرفته از طبیعت را توسعه داده‌اند که به عنوان یک لایه محافظتی میان پروتز و پوست عمل می‌کند. این لایه هوشمند، پارامترهایی نظیر مکان، شدت و مدت زمان فشار را به دقت پایش می‌نماید.

سازوکار هوشمند پوست مصنوعی و شبیه‌سازی درد

این فناوری جدید از دو مسیر موازی برای پردازش داده‌های فیزیکی بهره می‌برد:

• مسیر لمسی: گزارش آنی مکان و میزان شدت فشار در لحظه وقوع.
• مسیر شبیه‌سازی درد: ترکیب سیگنال‌ها در طول زمان با استفاده از ترانزیستورهای شبه‌سیناپسی که نوعی حافظه ساده به سیستم می‌بخشند.

طبق گفته «هواپینگ وو»، سرپرست این تحقیق، این دستگاه درد واقعی ایجاد نمی‌کند، بلکه ویژگی‌هایی مانند آستانه تحریک و حساسیت‌یافتگی را بازتولید می‌کند. به این معنا که پس از یک برخورد آسیب‌زا، سیستم حساس‌تر شده و حتی فشارهای بسیار ضعیف را نیز به عنوان هشدار شناسایی می‌کند.

نتایج آزمایش‌های عملی و دقت عملکرد

در آزمایش‌های انجام شده بر روی دست‌های رباتیک و پروتزهای پایین پا، عملکرد این پوست مصنوعی بسیار امیدوارکننده بوده است. داده‌های به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که این سیستم در شناسایی رویدادهای ناراحتی، دقت بسیار بالایی دارد:

در تست‌های واقعی بر روی افراد دارای قطع عضو، این حسگر توانست الگوهای نادرست راه رفتن و بالا آمدن بیش از حد لگن را شناسایی کند که منجر به توزیع نامتعادل فشار می‌شد. کاربران با دریافت این بازخوردها، توانستند الگوی حرکتی خود را برای کاهش فشار اصلاح کنند.

چشم‌انداز آینده در حوزه توانبخشی

اگرچه این فناوری در مرحله اولیه خود قرار دارد، اما هدف نهایی تبدیل این نمونه به یک سیستم بی‌سیم، کوچک و کم‌مصرف است. چالش‌های بعدی محققان شامل افزایش پایداری در برابر تعریق، تغییرات دمایی و تغییر شکل سوکت‌های پروتز خواهد بود. در صورت موفقیت، این پوست مصنوعی می‌تواند پیش از تبدیل شدن ناراحتی‌های جزئی به آسیب‌های جدی، به کاربران هشدار دهد.