Ученые из НИУ МИЭТ и Сеченовского университета разработали высокочувствительный датчик из биосовместимых материалов, который может быть использован для создания «электронной кожи». Результаты исследования опубликованы в журнале «Микромашины».
Кожа — самый большой орган человеческого тела, способный ощущать и реагировать на сложные воздействия окружающей среды. По словам специалистов, ученые всего мира работают над созданием «электронной кожи», имитирующей сенсорную систему человека.
По мнению ученых, это может быть использовано в протезировании нового поколения, персонализированной медицине, мягкой робототехнике, искусственном интеллекте и человеко-машинных интерфейсах (дисплеи, фотоэлектрические и транзисторные технологии). Она также может быть использована в носимых системах для мониторинга и поддержания здоровья человека, в биомедицине и регенеративной медицине (например, для управления движением различных частей тела, таких как конечности, суставы, грудная клетка и деформация мышечной ткани в рамках послеоперационного лечения).
При разработке «электронной кожи» специалисты стремятся как можно точнее воспроизвести работу сенсорной системы человека. Чувствительность этих рецепторов находится в диапазоне давлений 20−50 Па.
По данным университета, в мире существует ряд датчиков давления для роботов с чувствительностью до 10 Па. Однако они не могут быть использованы в медицинских целях из-за низкой биосовместимости и узкого рабочего диапазона.
Исследователи из Института биомедицинских систем МИЭТ и Института бионических технологий и инженерии Сеченовского университета разработали два типа высокоточных датчиков деформации — тактильный и эластичный.
Исследователи из Института биомедицинских систем МИЭТ и Института бионических технологий и инженерии Сеченовского университета разработали два типа высокоточных датчиков деформации — тактильный и эластичный.
По словам исследователей, в отличие от известных аналогичных изделий, разработанные датчики созданы на основе биологических или биосовместимых материалов и могут легко наноситься и сниматься. Кроме того, они могут с высокой точностью регистрировать деформацию различных форм, а также такие свойства поверхности, как растяжение, изгиб, выпуклость и вогнутость, что повышает их диагностические возможности. «Чувствительный элемент этого тензодатчика изготовлен из композитных наноматериалов, содержащих бычий сывороточный альбумин, микрокристаллическую целлюлозу и полидиметилсилоксан, а также углеродные нанотрубки с небольшим допированием (<1%), толщина толстой пленки составляет менее одного микрона», — рассказал доцент Леван Ичикидзе из Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета МИЭТ.
Он добавил, что механические и электрические свойства пленки значительно улучшаются в результате обработки лазерным лучом.
В тактильных датчиках достигнуты значения чувствительности 20−60 Па, а также реализована интеллектуальная система распознавания визуальных жестов с точностью около 94%, отметил эксперт.
Такие датчики могут быть использованы в малоинвазивной хирургии. Они могут быть использованы для формирования узлов в лапароскопической хирургии, точного управления режущими инструментами, сбора тактильных данных в местах контакта хирургических инструментов, дистанционной роботизированной хирургии и диагностики", — сказал Ичкитидзе.
Такие датчики могут быть использованы в малоинвазивной хирургии. Они могут быть использованы для формирования узлов в лапароскопической хирургии, точного управления режущими инструментами, сбора тактильных данных в местах контакта хирургических инструментов, дистанционной роботизированной хирургии и диагностики", — сказал Ичкитидзе.
По мнению авторов, применение сенсоров в новых типах эндоскопов может предотвратить травматичные биопсии (изъятие клеток и тканей из организма в диагностических целях). Эту функцию выполняет матрица сенсорных датчиков, состоящая из большого количества высокочувствительных элементов. Ученые считают, что такой инструмент будет очень востребован в медицине, особенно в онкологии.
Результаты исследования отражены в ряде научных работ, опубликованных в 2022—2023 годах («Биоинженерная физика и механика», «Наноматериалы и новые материалы и их применение»), и патентах Российской Федерации (№ 26 662 066 и 26 685 570).
Исследование выполнено в рамках программы стратегического научного руководства «Приоритет-2030»
Исследование выполнено в рамках программы стратегического научного руководства «Приоритет-2030»
Источник: mdpi.com
