Китайские исследователи из Северо-Восточного педагогического университета разработали искусственный датчик боли, который умеет различать силу воздействия и восстанавливаться после повреждений. В его основе — мягкий желеобразный материал и мемристор, миниатюрный электронный элемент с памятью о прошедшем через него токе.
В отличие от обычных сенсоров, реагирующих по принципу «есть сигнал — нет сигнала», новый датчик передает информацию ступенчато. Это стало возможным благодаря эффекту квантованной проводимости, когда электрический ток в мемристоре течет не плавно, а фиксированными уровнями. В результате система различает четыре состояния, соответствующие человеческой шкале боли — от отсутствия ощущения до сильного воздействия.
Искусственный «нерв» собрали из двух желатиновых пленок разной плотности. Более жесткая, с содержанием желатина 10%, отвечает за восприятие давления. Более мягкая, с содержанием желатина 1%, используется в мемристоре. Соединенные в одну цепь, они формируют чувствительный канал, способный распознавать механическое воздействие в диапазоне от 9 до 45 килопаскалей.
Еще одна важная особенность — способность материала к самовосстановлению. В сенсорах делали микроскопические надрезы шириной до 50,7 микрометра, а затем нагревали их до 60 градусов на 20 минут. После этого повреждения исчезали, а электропроводность полностью возвращалась.
Работоспособность системы проверили в живом организме. Датчик подключили к седалищному нерву мыши под анестезией. При нажатии он передавал электрические импульсы, вызывавшие сокращение мышц — типичную защитную реакцию на болевой сигнал.
Новые желеобразные материалы, которые имитируют болевые рецепторы, способны преобразить интерфейсы «человек - машина» и помочь в создании эффективных технологий реабилитации после травм.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что японские ученые превратили искусственную кожу в датчик здоровья.
