Ученые разработали искусственный аналог афферентного нерва и испытали его, подключив к ноге таракана. Им удалось заставить конечность двигаться с помощью имитации передачи сигналов от настоящих нервов к электронному.
Современные протезы используются уже давно и значительно отличаются от своих прототипов. Одной из основных отличительных черт протезов, которые были разработаны относительно недавно, является возможность не только осуществлять манипуляцию теми или иными объектами, но и получать отдачу от этих взаимодействий, осязая предметы. Несмотря на тот факт, что подобные изобретения уже есть, ощущения, которые они способны передавать, довольно сложно сравнивать с осязанием через настоящие механорецепторы. Именно поэтому в настоящее время ученые заинтересованы в том, чтобы научиться имитировать механизмы, на которых основывается тактильное восприятие. Если удастся этого достичь, современные протезы еще на шаг приблизятся к настоящим конечностям.
В научном издании Science были опубликованы результаты исследования, посвященного данной проблеме. Специалисты из Сеульского университета разработали искусственный аналог афферентного нерва. Одна из его функций заключается в передаче сигналов при прикосновении к различным предметам. Ученым удалось создать устройство, собравшее в себе функции меанорецепторов, фиксирующих давление на поверхность кожи, нервное волокно, отвечающее сбор сигналов с рецепторов и преобразование их в потенциал действия, и синапс, превращающий его в постсинаптический потенциал, использующийся для взаимодействия с афферентными нервами и управляющий мышцами.
Роль механорецепторов взяли на себя резистивные датчики, регистрирующие давление. Такое устройство состоит из двух электродов. Один из них, золотой, имеет плоскую форму, второй, углеродный, состоит из огромного количества пирамидок. Если давление возрастает, площадь контакта между электродами становится больше, и электрическое сопротивление, соответственно, уменьшается. Это дает возможность установить величину давления.
После того, как давление зафиксировано, сигнал передается на кольцевой осциллятор и преобразуется в последовательность импульсов, где их частота кодирует величину давления. Данный элемент имеет некоторые расхождения со своим биологическим прототипом, так как вместе с усилением давления увеличивается и частота, и амплитуда сигнала. Сигналы с нескольких кольцевых осцилляторов собираются в транзисторе, имитирующем синапс, и преобразуются в постсинаптический потенциал.
Ученые продемонстрировали, что данная система дает возможность не только понять, что к конечности прикоснулись, но и определить направление его движения. Также они показали, что датчики способны определять символы азбуки Брайля.
Результативность изобретения была продемонстрирована на практике. Ученые провели эксперимент, присоединив разработанное ими устройство к афферентным нервам в отрезанной ноге таракана. Сигналы, которые передавались через него, заставили мышцы ноги насекомого сокращаться. Таким образом, данная разработка может стать настоящим прорывом в области протезирования, так как позволит усовершенствовать протезы, «научив» их реагировать на окружающие раздражители и сделав практически идентичными естественным органам.
