Cánh tay robot biết đau và phản xạ vô điều kiện nhờ da điện tử

(03/07/2018)
Sau khi chạm vào một vật thể quá sắc cạnh, cảm giác đau sẽ khiến nó buông ra ngay lập tức.


Một người bị cắt cụt tay lần đầu tiên cảm giác được bàn tay của mình đã thực sự trở lại. Cánh tay giả mà anh ta đeo có thể cử động, cầm nắm, nhưng trên hết, nó có cả cảm giác đau. Các nhà khoa học ở Trường Y John Hopkins đã phủ lên đầu ngón tay một lớp da điện tử làm từ vải và cao su, có chứa cảm biến.

Lớp da được gọi là e-dermis. Khi người sử dụng cầm nắm vật thể, nó sẽ tạo ra các xung điện truyền đến các điện cực, nối vào dây thần kinh của người sử dụng ở phần mỏm cụt còn lại. E-dermis cho phép người khuyết tật có xúc giác trở lại ở phần chi giả, trước hết là cảm giác đau.

Nó thậm chí có thể tạo ra phản xạ vô điều kiện, giống như cách bạn chạm vào một con nhím đầy gai và rồi đột ngột rụt tay lại.

Cảm giác đau là một phần rất quan trọng, cần được tái tạo và tích hợp trên các chi giả. Lí do vì cảm giác này giúp bảo vệ cơ thể chúng ta khỏi nguy hiểm.

"Tất nhiên, đau thì khó chịu. Nhưng nó cũng là một cảm giác cần thiết”, Luke Osborn, sinh viên tốt nghiệp từ Đại học John Hopkins, một trong các nhà nghiên cứu của dự án e-dermis cho biết.

Trong đời sống hàng ngày, xúc giác cho phép chúng ta đánh giá một số yếu tố nguy cơ có thể gây tổn hại. Ví dụ khi chạm vào một vật nóng hoặc một vật nhọn, bạn sẽ rụt tay lại và biết mình nên tránh tiếp xúc với chúng.

Những người tàn tật, bị cắt cụt chi hiển nhiên cũng có nhu cầu về xúc giác. Mặc dù công nghệ hiện đại đã cho phép chi giả mô phỏng khá đầy đủ các chức năng cơ học, chúng vẫn chưa thể đem đến cho người sử dụng những phản hồi hoặc xúc giác hữu ích.

Để thay đổi điều này, nhóm nghiên cứu tại Trường Y John Hopkins đã khởi động dự án e-dermis. Họ lấy cảm hứng từ mạng lưới thụ thể cảm ứng phức tạp trên da người, và muốn tái tạo lại nó lên chi giả bằng các thiết bị điện tử.

Bên trong e-dermis có chứa các cảm biến, được nối dây với các điện cực gắn vào da người đeo chi giả. Các điện cực được nối với dây thần kinh ở phần chi còn lại. Tín hiệu truyền qua đó sẽ giống với tín hiệu thần kinh thật.

Tùy thuộc vào mô hình xung điện được gửi đi từ đầu cảm biến, e-dermis có thể truyền tải một loạt các cảm giác từ chạm nhẹ cho đến đau.

Với phản hồi từ các cảm biến, chúng tôi có thể cung cấp cảm giác tự nhiên trên bàn tay của một chi đã bị cụt”, Osborn nói. “Điều này thực sự quan trọng bởi vì nó đưa chúng ta tiến gần hơn đến những chiếc chi giả sống động như thật”.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một nguyên mẫu chi giả e-dermis trên một người bị cụt tay vô danh. Anh ta đã sử dụng thiết bị này để cầm các vật thể khác nhau. Kết quả cho thấy người bị cụt chi đã có thể cảm nhận được các mức độ đau khác nhau khi cầm các vật thể nhọn và tròn.

Nhóm nghiên cứu cũng đã thử nghiệm phản xạ không điều kiện của bàn tay máy. Sau khi chạm vào một vật thể quá sắc cạnh, cảm giác đau sẽ khiến nó buông vật thể ra ngay lập tức mà không cần tín hiệu từ não. Đó là những gì xảy ra như phản xạ vô điều kiện của bàn tay thật.

Sau nhiều năm, tôi mới một lần nữa cảm thấy bàn tay của mình, như thể một cái vỏ rỗng bây giờ đã tràn ngập sức sống trở lại”, đó là những gì người tham gia thử nghiệm đã mô tả lại.

Bàn tay này có thể giúp người mất chi có lại được cảm giác

Các tác giả công bố thử nghiệm của mình trên tạp chí Science Robotics. Họ khẳng định e-dermis có thể khôi phục lại một loạt các cảm giác tự nhiên cho những người tàn tật sử dụng chân tay giả.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định phát triển một thiết bị tạo ra được những cảm giác hoàn chỉnh hơn. “Sẽ rất cần thiết và quan trọng, chúng tôi có thể nắm bắt tất cả các sắc thái cảm giác- không chỉ là cảm giác đau mà cả những thứ khác như cảm nhận bề mặt và nhiệt độ”, Osborn nói.

Các nhà khoa học đang tiến gần hơn đến việc tái tạo các bộ phận cơ thể một cách hoàn chỉnh, trước hết dành cho người khuyết tật, nhưng trong tương lai, chúng cũng có thể được dùng để tạo nên những robot giống người đến hoàn hảo.

Theo ttvn

Tin khác