Vedci z čínskej Univerzity Wu-i vyvinuli bionický prst, ktorý na základe dotyku s povrchom objektu mapuje jeho vnútorné štruktúry.
Vedci sa pri zostrojení bionického prsta inšpirovali ľudskými prstami. Zdroj: Li et al.
Zariadenie dokáže nahmatať vnútorné prostredie ľudského tela aj prístrojov a mohlo by tak nahradiť iné zobrazovacie metódy, ako napríklad röntgen alebo ultrazvuk. Informácie o skúmaných objektoch získava štuchaním a pichaním do ich povrchu a výsledky následne zobrazuje ako 3D profil na počítači.
Inšpirované ľudským prstom
Vedcov k zostrojeniu bionického prsta inšpirovali schopnosti ľudskej ruky a prstov. Hmatové vnímanie hrá dôležitú úlohu pri získavaní informácií, ktoré dokáže sprostredkovať aj bez zrakového vnemu. Ľudský prst pokrýva hustá sieť zmyslových receptorov, z ktorých sa prostredníctvom elektrických impulzov v nerve správa šíri až do mozgu. Je to teda dokonalý prirodzený nástroj.
Ľudské prsty pohmatom nielen cítia, ako povrch vyzerá, ale prostredníctvom dotykov vedia zistiť, čo sa nachádza pod ním. Pevný stisk ruky dokáže napríklad odhaliť, kde sa nachádzajú niektoré kosti a pri intenzívnejšom pohmate možno nájsť aj šľachy.
Pokročilý hmatový senzor
Tím vedený profesorom Ťien-i Luom vytvoril zariadenie, ktoré svojimi schopnosťami prevyšuje doterajšie umelé senzory. Predchádzajúce hmatové senzory rozpoznali vonkajšie tvary, povrchové štruktúry a tvrdosť, nie však detaily ukryté pod povrchom. Bionický prst dokáže rozpoznať vnútorné aj vonkajšie znaky objektov z rôznych materiálov. Vedci zariadenie testovali na simulovanom ľudskom tkanive a flexibilných elektronických obvodoch.
„Bionický prst má skvelé vyhliadky uplatniť sa pri určovaní materiálov a v biomedicínskom inžinierstve,“ povedal spoluautor štúdie Č’-ming Čchen, inžinier z čínskej Univerzity Wu-i. Technológia by sa mohla začleniť aj do robotiky a protetiky a to bude aj ďalšou témou ich výskumu.
Nový prst obsahuje hmatový senzor z uhlíkových vláken, ktorý vracia silnejší signál pri stlačení tvrdších predmetov. Zariadenie sa pohybuje po povrchu objektu a vyvíja naň tlak štuchaním a pichaním. Pri každom náraze sa uhlíkové vlákna komprimujú. Stupeň stlačenia poskytuje informáciu o relatívnej tvrdosti alebo mäkkosti objektu. Tento proces môže odhaliť podpovrchové detaily, ako sú tvrdé vrstvy vnútri mäkších materiálov.
„Pri vyvinutí tlaku prostredníctvom bionického prsta si tvrdé predmety zachovajú svoj tvar, kým mäkké predmety sa pri dostatočnom tlaku deformujú,“ povedal hlavný autor štúdie inžinier Ťien I Luo. „Táto informácia sa prenáša do počítača spolu so zaznamenanou polohou a zobrazuje sa v reálnom čase ako 3D vizualizácia.“
Využitie v medicínskej diagnostike
Zobrazovacie metódy vrátane röntgenu, pozitrónovej emisnej tomografie, magnetickej rezonancie a ultrazvuku majú svoje výhody aj nevýhody. Častá expozícia röntgenovému žiareniu pri diagnostike so sebou prináša zdravotné riziká. V prípade iných metód je to horšia prenosnosť zariadenia, dlhší čas vyšetrenia či vysoká cena. Nové zariadenie pravdepodobne nebude výrazne lacnejšie ako ultrazvuk, no mohlo by poskytnúť lepšie rozlíšenie. „Ponúka ďalší spôsob, ktorý má svoje výhody v špecifických kontextoch,“ poznamenal inžinier Sriram Subramanian z University College v Londýne.
Bionický prst dokázal rozpoznať a zmapovať simulované ľudské tkanivo zložené z tvrdej polymérovej „kostrovej“ zložky a mäkkej silikónovej „svalovej“ vrstvy. V simulovanom ľudskom tkanive zariadenie presne určilo kosti a simulovanú krvnú cievu pod svalovou vrstvou.
Pozrite si
Kontrola elektronických zariadení
Okrem využitia v medicíne by sa bionický prst mohol uplatniť aj vo flexibilnej elektronike, ktorá využíva ohybné, tvarovateľné, no zároveň energeticky efektívne polovodičové obvody nachádzajúce sa v mäkkom materiáli.
Vedcom sa podarilo vytvoriť profilový obrázok vnútorných elektrických komponentov elektronického zariadenia bez toho, aby ho otvorili. Pomocou 3D vizualizácie lokalizovali miesto, v ktorom došlo k prerušeniu obvodu, a objavili aj nesprávne vyvŕtaný otvor.
„Hmatová technológia otvára neoptickú cestu pre nedeštruktívne skúmanie ľudského tela a flexibilnej elektroniky,“ povedal profesor Ťien I Luo. Čínski vedci chcú svoj výskum posunúť ďalej. „Možno tento systém doplníme o ďalšie prsty rovnako ako v prípade ľudskej ruky, aby sa realizovala všesmerová detekcia,“ povedal spoluautor štúdie inžinier Č’-ming Čchen.
Zdroj: Scientific American, MDR, Cell Press
(zh)
