كيفية جعل الاطراف الكترونية (حرفيا) رائع جدا

يبدو أن إدراك درجة الحرارة له معنى خاص في حياتنا الاجتماعية ، كما تقول إميلي جراتزيك ، أستاذة الهندسة الطبية الحيوية بجامعة كيس ويسترن ريزيرف التي لم تشارك في هذه الدراسة. في بحثها ، وجدت Graczyk أن تقديم التغذية الراجعة الحسية يساعد مرتدي الأطراف الاصطناعية على الشعور بمزيد من الثقة والراحة في التفاعل مع الآخرين ويجعل أطرافهم الاصطناعية تبدو وكأنها جزء من أنفسهم. ويضيف ويبر: “لا شيء من شأنه أن يجعل طرفك الاصطناعي أكثر إنسانية مما لو شعر بالفعل بدفء قبضة شخص ما”.

في حالة البتر ، يتم قطع الأعصاب التي كانت تنقل المعلومات بين الدماغ والطرف. لكن نهايات هذه الأعصاب يمكن أن تتجدد. ومع إعادة نموها ، فإنها تعصب أي نسيج يمكنها الالتصاق به ، مثل الجلد على الطرف المتبقي. بالنسبة لشخص بتر أحد الأطراف العلوية ، قد تكون هذه المنطقة أعلى الرسغ أو الكوع مباشرة. يمكن أن تشعر أن تحريك هذا الجلد بالكهرباء يشبه في الواقع انزلاقًا لليد. يقول ويبر إن هذا المسار ، من الذراع المتبقية إلى المخ ، بمثابة “نافذة لتوصيل المدخلات”.

يقول أوزبورن: “نهجنا التقليدي لاستعادة أحاسيس مبتوري الأطراف هو التنشيط الكهربائي” ، وهو تحفيز رقعة من الجلد باستخدام قطب كهربائي صغير. الألياف العصبية التي تستجيب للجوانب الميكانيكية للمس ، مثل الضغط والاهتزاز ، تكون دهنية ومعزولة بغمد المايلين الذي يمنع التيار من التسرب ، مما يسهل تنشيطها. لكن الأعصاب التي تحمل المعلومات المتعلقة بدرجة الحرارة صغيرة جدًا ولا تستجيب عادةً للتحفيز الكهربائي. يقول Graczyk إن أفضل طريقة لجعل الشخص يشعر بالحرارة هي الطريقة القديمة: استخدام شيء ساخن أو بارد لتنشيط مجموعة كاملة من مستقبلات الجلد.

لكي يشعر مستخدمو الأطراف الاصطناعية بالبرد ، يجب أن ينقل شيء ما إشارة درجة حرارة فائقة السرعة (في أقل من نصف ثانية) بدقة أقل من سنتيمتر من الطرف الاصطناعي إلى الجلد لتنشيط الأعصاب التي كانت تتوافق في السابق مع أصابع الشخص. كان راما فينكاتاسوبرامانيان Rama Venkatasubramanian ، كبير تقنيي الكيمياء الحرارية في مختبر جونز هوبكنز ، على استعداد لمواجهة التحدي. لقد أمضى السنوات الـ 25 الماضية في تطوير أجهزة تبريد كهروحرارية لأجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء والأقمار الصناعية ، لكنه كان متحمسًا بشكل خاص لبناء شيء يمكن أن يوفر إحساسًا بالبرودة للناس. يقول: “لا شيء يقارن بفكرة تمكين القدرة البشرية”.

يمكنك شراء جهاز تبريد حراري عبر الإنترنت الآن ، إذا كنت ترغب في ذلك. إنها رائعة لمنع ارتفاع درجة حرارة أجهزة الألعاب ، ولكنها ضخمة جدًا وبطيئة جدًا لتقليد العمليات البيولوجية السريعة أو التآكل طوال اليوم. أراد فينكاتاسوبرامانيان تصميم شيء سريع وغير جراحي وخفيف الوزن. لذلك صنع جهازًا صغيرًا من أغشية فائقة الرقة (سمكها حوالي 20 إلى 25 ميكرون ، أقل من نصف عرض شعرة الإنسان) ، والتي تستخدم الإلكترونات لضخ الحرارة من طبقة إلى أخرى ، تاركًا البرودة وراءها. إنها مثل ثلاجة صغيرة بقوة ملحوظة وسرعة تشبه الخلايا العصبية. (تخيل أن شبه موصل بمستويات تدفق حراري لفوهة صاروخ ، بينما يتم الاحتفاظ بالطرف الآخر باردًا ، كما يقول فينكاتاسوبرامانيان.) بعد التأكد من ذلك عبر العديد من التجارب على الطاولة ، يقول ، “هذا هو التبريد الأسرع والأكثر كفاءة والأكثر كثافة في العالم بالقرب من درجة حرارة الغرفة.”