Los amputados a menudo experimentan la sensación de una "extremidad fantasma", una sensación de que todavía falta una parte del cuerpo.
Esa ilusión sensorial está más cerca de convertirse en realidad gracias a un equipo de ingenieros de la Universidad Johns Hopkins que ha creado una piel electrónica. Cuando se coloca en la parte superior de las manos protésicas, esta e-dermis trae una sensación real de tacto a través deyemas de los dedos.
"Después de muchos años, sentí mi mano, como si una cáscara hueca se volviera a llenar de vida", dice el amputado anónimo que se desempeñó como probador voluntario principal del equipo.
Hecho de tela y goma con sensores para imitar las terminaciones nerviosas, la e-dermis recrea el sentido del tacto y el dolor al detectar los estímulos y transmitir los impulsos a los nervios periféricos.
"Hemos creado un sensor que se extiende sobre la punta de los dedos de una mano protésica y actúa como lo haría tu propia piel", dice Luke Osborn, un estudiante graduado en ingeniería biomédica. "Está inspirado en lo que está sucediendo en biología humana, conreceptores para el tacto y el dolor.
"Esto es interesante y nuevo", dijo Osborn, "porque ahora podemos tener una mano protésica que ya está en el mercado y equiparla con una e-dermis que puede decirle al usuario si está recogiendo algo quees redondo o si tiene puntas afiladas "
El trabajo - publicado el 20 de junio en la revista Ciencia Robótica - muestra que es posible restaurar una variedad de sentimientos naturales basados en el tacto a los amputados que usan extremidades protésicas. La capacidad de detectar el dolor podría ser útil, por ejemplo, no solo en manos protésicas sino también en prótesis de extremidades inferiores, alertandoel usuario a posibles daños al dispositivo.
La piel humana contiene una red compleja de receptores que transmiten una variedad de sensaciones al cerebro. Esta red proporcionó una plantilla biológica para el equipo de investigación, que incluye miembros de los departamentos de Ingeniería Biomédica, Ingeniería Eléctrica e Informática y Neurología de Johns Hopkinsy del Instituto de Neurotecnología de Singapur.
Es fundamental aportar un toque más humano a los diseños protésicos modernos, especialmente cuando se trata de incorporar la capacidad de sentir dolor, dice Osborn.
"El dolor es, por supuesto, desagradable, pero también es un sentido del tacto esencial y protector que falta en las prótesis que están actualmente disponibles para los amputados", dice. "Los avances en los diseños de prótesis y los mecanismos de control pueden ayudar a un amputadocapacidad de recuperar la función perdida, pero a menudo carecen de retroalimentación o percepción táctil significativa ".
Ahí es donde entra la e-dermis, transmitiendo información a la persona amputada estimulando los nervios periféricos en el brazo, haciendo que la llamada extremidad fantasma cobre vida. El dispositivo e-dermis lo hace estimulando eléctricamente los nervios de la persona amputada ende manera no invasiva, a través de la piel, dice el autor principal del artículo, Nitish Thakor, profesor de ingeniería biomédica y director del Laboratorio de Instrumentación Biomédica y Neuroingeniería en Johns Hopkins.
"Por primera vez, una prótesis puede proporcionar una variedad de percepciones, desde el tacto fino hasta el nocivo y la amputación, lo que la hace más parecida a una mano humana", dice Thakor, cofundador de Infinite Biomedical Technologies, con sede en Baltimorecompañía que proporcionó el hardware protésico utilizado en el estudio.
Inspirado por la biología humana, la e-dermis permite a su usuario sentir un espectro continuo de percepciones táctiles, desde un toque ligero hasta un estímulo nocivo o doloroso. El equipo creó un "modelo neuromórfico" que imita el tacto y los receptores del dolor del nervio humano.sistema, lo que permite que la e-dermis codifique electrónicamente sensaciones como lo harían los receptores en la piel. Al rastrear la actividad cerebral mediante electroencefalografía, o EEG, el equipo determinó que el sujeto de prueba podía percibir estas sensaciones en su mano fantasma.
Luego, los investigadores conectaron la salida de e-dermis al voluntario utilizando un método no invasivo conocido como estimulación nerviosa eléctrica transcutánea, o TENS. En una tarea de detección de dolor, el equipo determinó que el sujeto de prueba y la prótesis pudieron experimentaruna reacción natural y reflexiva tanto al dolor al tocar un objeto puntiagudo como al no dolor al tocar un objeto redondo.
La e-dermis no es sensible a la temperatura: para este estudio, el equipo se centró en detectar la curvatura de los objetos para la percepción del tacto y la forma y la nitidez para la percepción del dolor. La tecnología de la e-dermis podría usarse para hacer robotssistemas más humanos, y también podría usarse para expandirse o extenderse a guantes de astronauta y trajes espaciales, dice Osborn.
Los investigadores planean desarrollar aún más la tecnología y comprender mejor cómo proporcionar información sensorial significativa a los amputados con la esperanza de preparar el sistema para el uso generalizado de los pacientes.
Johns Hopkins es pionero en el campo de las prótesis diestras de las extremidades superiores. Hace más de una década, el Laboratorio de Física Aplicada de la universidad dirigió el desarrollo de la extremidad protésica modular avanzada, que un paciente amputado controla con los músculos y nervios que una vez controlaronsu verdadero brazo o mano.
Además de la financiación de Space @ Hopkins, que fomenta la colaboración relacionada con el espacio en todas las divisiones de la universidad, el equipo también recibió subvenciones del Programa de Becas para Graduados del Laboratorio de Física Aplicada y la Iniciativa de Capacitación en Neuroingeniería a través del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingenieríaa través de los Institutos Nacionales de Salud bajo la subvención T32EB003383.
La e-dermis se probó en el transcurso de un año en un amputado que se ofreció como voluntario en el Laboratorio de Neuroingeniería en Johns Hopkins. El sujeto frecuentemente repitió las pruebas para demostrar percepciones sensoriales consistentes a través de la e-dermis. El equipo ha trabajado con cuatrootros voluntarios amputados en otros experimentos para proporcionar retroalimentación sensorial.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Johns Hopkins . Original escrito por Amy Lunday. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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