Нов бионичен пръст вижда вътрешността на човешката тъкан чрез докосване
Човешките крайници и по специално пръстите са основните инструменти, които използваме за възприемане на обекти в нашата среда. Екип от китайски учени имитира основния механизъм за възприятие, като създава бионичен пръст с интегрирана тактилна система за обратна връзка. Иновацията е способна да изследва сложни обекти, за да картографира детайли под повърхностния слой.
Тактилната томография може да открие детайли под повърхността на материала
Когато докосваме собственото си тяло с пръсти, можем да усетим не само текстурата на кожата, но и очертанията на костта под нея. Тази тактилна технология представлява неоптичен начин за изследване на човешкото тяло чрез гъвкава електроника.
Как работи?
Когато докоснем нещо с пръстите си, кожата изпитва механична деформация като компресия или разтягане, което задейства механорецепторите да изпращат електрически импулси. Тези импулси преминават през централната нервна система и достигат до соматосензорния кортекс на мозъка. Последният интегрира електрическите импулси, за да идентифицира характеристиките на обекта, който докосваме. Тази тактилна обратна връзка ни позволява да разпознаем формата на материала, текстурата на повърхността и твърдостта или мекотата.
Според авторите, разработените досега изкуствени сензори могат да разпознават и различават само външни форми, повърхностни текстури и твърдост. За съжаление, те не са в състояние да съберат информация за вътрешността на тези материали. Това обикновено изисква оптични технологии, като CT сканиране, PET сканиране, ултразвукова томография или ЯМР. Всички тези методи имат и недостатъци. По подобен начин оптичната профилометрия често се използва за измерване на профила и покритието на повърхността, но тя работи само върху прозрачни материали.
Изчерпателна информация
Интелигентният бионичен пръст имитира системите за обратна връзка. Метален цилиндър, монтиран на върха на пръста, служи като контактен връх, а лъчите от въглеродни влакна служат като тактилни механорецептори. Те са свързани към модул за обработка на сигнали. Пръстът „сканира“ повърхността на целевия обект чрез периодично прилагане на натиск. Това компресира въглеродните влакна и предава информация за неговата относителна твърдост или мекота. Това заедно с данните относно повърхността, която е била изследвана се изпращат до компютър, който превежда информацията в 3D карта.
Изобретателите подлагат бионичния пръст на изпитание, използвайки различни сложни обекти. Те тестват способността на пръста да открива и картографира твърда буква „А“ под мек силиконов слой, заедно с други абстрактни форми. Изобретението прави разлика между твърди и меки вътрешни материали.
Успешни опити
Учените създават 3D отпечатан физически модел на човешка тъкан от три слоя твърд полимер и мек силиконов външен слой. Бионичният пръст сканира и успешно възпроизвежда 3D профил на структурата на моделирана тъкан, включително местоположението на кръвоносен съд под мускулен слой.
Авторите тестват бионичния пръст върху дефектно електронно устройство, като успешно създават карта на вътрешните компоненти. Пръстът успешно определя къде веригата е била прекъсната и идентифицира дупка, която е била неправилно пробита, без да наруши околния външен слой. Следващата стъпка в разработките планира неограничено изследване на различни повърхности и материали.
