義肢を持つ人々は、コーヒーカップの温度や握手の力を感じることができませんが、ワシントン州立大学の新しい電子皮膚技術がそのギャップを縮めています。研究チームによると、このセンサーシステムは、圧力と温度の検出分解能において、現在の商業用グローブセンサーの10倍の性能を持っています。この研究は、ワシントン州立大学の機械および材料工学部の大学院生、沈洪毅によって主導され、その成果は『Cell Reports Physical Science』誌に発表されました。沈は、この方法が医療用電子皮膚を広く臨床で使用できる実行可能なソリューションにする可能性があると述べており、特定の患者向けの高価なニッチ製品にとどまらないことを強調しています。
複雑な肢体形状に適応する電子皮膚は商業的に存在しますが、しばしば高価で、カバー面積が小さく、肢体の実際の形状に適応するのが難しいです。沈は、このトレードオフの問題が非常に深刻であることを指摘しています。特定の形状にカスタマイズすればするほど、感知性能が悪化する傾向があるのです。ワシントン州立大学のチームは、薄型のセンサーモジュールを構築し、圧力と温度センサーを重ね合わせることで、実際の肢体の自由曲線にフィットするように設計しました。相応著者の邱凱彥は、このシステムが「スキャン-モデリング-プリント」のプロセスを採用しており、まず義肢の幾何形状をスキャンし、その形状にセンサーをマッピングしてシームレスなカバーを実現すると述べています。
ワシントン州立大学の新型電子皮膚技術が義肢の機能を大幅に向上
レゴブロックのようにセンサーモジュールを組み合わせるこの技術は、接着剤に依存せず、機械的に相互にかみ合う構造を持ち、相互にロックする建築ブロックのようです。邱は、この3Dプリントとレーザーカットに基づく製造プロセスが、比較的簡単で低コストの生産を維持し、拡張性があることを強調しています。このモジュール設計により、センサーアレイは平坦または曲面の表面上で高密度に圧力と温度を測定できます。既存の電子皮膚はしばしば過剰なセンサーデータを生成し、リアルタイムで処理できない問題があります。ワシントン州立大学のチームは、このボトルネックを回避しながら、人間に似た触覚感度を維持するようにシステムを特別に設計しました。
触覚を信号に変換する研究者たちは、ワシントン州立大学の研究革新と企業オフィスを通じて、一時的な特許の発明開示を提出しました。彼らの次のステップは、センサーの読み取り値を近くの神経を刺激する信号に変換するアクチュエーターを開発することです。これにより、ユーザーは義肢が触れる物体をリアルタイムで感知できるようになります。沈は、ワシントン州立大学のNRT-LEADロボットプログラムの研修生として、リハビリへの興味がセンサーと3Dプリントのバックグラウンドと自然に結びついていると述べています。最終的に完成する装置が、現在触覚のない義肢に依存している切断者の日常的なタスクを容易にすることを期待しています。
この研究は、ワシントン州立大学の国家科学財団次世代ロボット研究トレーニングプログラムの支援を部分的に受けており、同プログラムは教授のプラシャンタ・ダッタ（Prashanta Dutta）が指導しており、彼もこの研究の相応著者です。追加の資金は、邱のワシントン州立大学のスタートアップ企業とCougar Cageファンドから提供されています。