Tecnologia 

Pele eletrônica traz um toque humano às próteses modernas

Engenheiros criaram uma ‘pele’ eletrônica em um esforço para restaurar um verdadeiro senso de toque para amputados usando próteses. Os amputados muitas vezes experimentam a sensação de um “membro fantasma” , uma sensação de que uma parte do corpo ausente ainda está lá.

Essa ilusão sensorial está mais próxima de se tornar realidade graças a uma equipe de engenheiros da Universidade Johns Hopkins que criou uma capa eletrônica. Quando em camadas em cima de mãos protéticas, este e-dermis traz de volta uma sensação real de toque através das pontas dos dedos.

“Depois de muitos anos, senti minha mão, como se uma concha oca se enchesse de vida novamente”, diz o amputado anônimo que serviu como principal testador voluntário da equipe.

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Feita de tecido e borracha atada com sensores para imitar as terminações nervosas, a e-dermis recria uma sensação de toque, assim como a dor, sentindo os estímulos e retransmitindo os impulsos de volta aos nervos periféricos.

“Fizemos um sensor que passa por cima das mãos de uma prótese e age como sua própria pele”, diz Luke Osborn, um estudante de pós-graduação em engenharia biomédica. “É inspirado pelo que está acontecendo na biologia humana, com receptores tanto para o toque quanto para a dor”.

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“Isso é interessante e novo”, disse Osborn, “porque agora podemos ter uma prótese que já está no mercado e encaixá-la em uma e-dermis que pode dizer ao usuário se ele está pegando algo que é redondo ou se tem pontos afiados”.

Restaurando sensações

O trabalho, publicado em 20 de junho na revista Science Robotics, mostra que é possível restaurar uma série de sensações naturais baseadas no toque para amputados que usam próteses de membros. A capacidade de detectar a dor pode ser útil, por exemplo, não apenas em próteses, mas também em próteses de membros inferiores, alertando o usuário sobre possíveis danos ao dispositivo.

A pele humana contém uma complexa rede de receptores que transmitem uma variedade de sensações ao cérebro. Essa rede forneceu um modelo biológico para a equipe de pesquisa, que inclui membros dos departamentos de Engenharia Biomédica, Engenharia Elétrica e de Computação e Neurologia da Johns Hopkins e do Instituto de Neurotecnologia de Cingapura.

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Trazer um toque mais humano aos projetos protéticos modernos é fundamental, especialmente quando se trata de incorporar a capacidade de sentir dor, diz Osborn.

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“A dor, é claro, é desagradável, mas também é um sentido de proteção essencial, que está faltando nas próteses que estão atualmente disponíveis para os amputados”, diz ele. “Os avanços nos projetos de próteses e mecanismos de controle podem ajudar a capacidade de um amputado de recuperar a função perdida, mas eles muitas vezes não têm feedback ou percepção significativa e táctil”.

É aí que entra a e-dermis, transmitindo informações ao amputado, estimulando os nervos periféricos no braço, fazendo com que o chamado membro fantasma ganhe vida. O dispositivo e-dermis faz isso estimulando eletricamente os nervos do amputado de forma não invasiva, através da pele, diz o autor sênior do artigo, Nitish Thakor, professor de engenharia biomédica e diretor do Laboratório de Instrumentação Biomédica e Neuroengenharia da Johns Hopkins.

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“Pela primeira vez, uma prótese pode fornecer uma gama de percepções, desde o toque fino ao nocivo ao amputado, tornando-se mais como uma mão humana”, diz Thakor, co-fundador da Infinite Biomedical Technologies, empresa sediada em Baltimore forneceu o hardware protético utilizado no estudo.

Inspirado pela biologia humana, o e-dermis permite que o usuário sinta um espectro contínuo de percepções táteis, do toque leve ao estímulo nocivo ou doloroso. A equipe criou um “modelo neuromórfico” que imita os receptores de toque e dor do sistema nervoso humano, permitindo que a e-derme codifique sensações eletronicamente, da mesma forma que os receptores na pele. Rastreando a atividade cerebral via eletroencefalografia, ou EEG, a equipe determinou que o sujeito do teste era capaz de perceber essas sensações em sua mão fantasma.

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Tarefa de detecção de dor

Os pesquisadores então conectaram a saída do e-dermis ao voluntário usando um método não invasivo conhecido como estimulação elétrica nervosa transcutânea, ou TENS. Em uma tarefa de detecção de dor, a equipe determinou que o sujeito do teste e a prótese puderam experimentar uma reação natural e reflexiva à dor ao tocar um objeto pontudo e a não dor ao tocar um objeto redondo.

 

A e-dermis não é sensível à temperatura – para este estudo, a equipe concentrou-se na detecção da curvatura do objeto (para percepção do toque e da forma) e nitidez (para percepção da dor). A tecnologia e-dermis poderia ser usada para tornar os sistemas robóticos mais humanos, e também poderia ser usada para expandir ou estender para luvas de astronautas e trajes espaciais, diz Osborn.

Os pesquisadores planejam desenvolver ainda mais a tecnologia e entender melhor como fornecer informações sensoriais significativas aos amputados, na esperança de tornar o sistema pronto para o uso generalizado do paciente.

A Johns Hopkins é pioneira no campo das próteses hábeis dos membros superiores. Mais de uma década atrás, o Laboratório de Física Aplicada da universidade liderou o desenvolvimento do avançado membro protético modular, que um paciente amputado controla com os músculos e nervos que controlavam seu braço ou mão real.

O e-dermis foi testado ao longo de um ano em um amputado que se ofereceu no Laboratório de Neuroengenharia da Johns Hopkins. O sujeito frequentemente repetia o teste para demonstrar percepções sensoriais consistentes através da e-dermis. A equipe trabalhou com outros quatro voluntários amputados em outros experimentos para fornecer feedback sensorial.

Fonte: Science Daily

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