Forskere efterligner hudens følesans i kunstig sensor

Du tager et skrøbeligt glas op fra bordet. Uden at tænke over det mærker du overfladen mod fingerspidserne og tilpasser hele tiden dit greb. Du holder fast nok til, at glasset ikke glider ud af hånden, men ikke så hårdt, at det går i stykker.

For dig er det en simpel manøvre. Men under huden sætter du gang i en avanceret kædereaktion. Trykket fra fingerspidserne åbner små porte i sansecellerne, så elektrisk ladede atomer kan strømme ind og ud. Det forskyder den elektriske balance og udløser et nervesignal, der farer mod hjernen. Her bliver signalet en del af den information, som gør dig i stand til at mærke berøringen og hele tiden tilpasse dit greb. 

Smart.

For Rassoul Tabassian, adjunkt ved Institut for Mekanik og Produktion på Aarhus Universitet, er kroppens evne til at omsætte berøring til elektriske signaler, ikke bare smart. Det er også en kilde til inspiration:

”En simpel berøring er i virkeligheden en meget raffineret mekanisk proces. Som ingeniører prøver vi at forstå, hvordan kroppen løser opgaven med at sanse, og om vi kan genskabe nogle af de samme principper i laboratoriet," siger han.

Han kom til Aarhus Universitet for fem år siden med en drøm om at udvikle hud til robotter. Sammen med sin forskergruppe har han nu fået sit første videnskabelige gennembrud med en sensor, der kan efterligne det neurale responssystem. 

Sensoren er lavet af et blødt, silikonelignende materiale og er på størrelse med en lille linse. Den kan omsætte berøring til en svag elektrisk spænding, som forskerne på sigt håber, de kan bruge til direkte at stimulere nerver og dermed sende information videre til hjernen.

Resultaterne er blevet trykt i det det anerkendte videnskabelige tidsskrift Advanced Functional Materials. 

En kunstig sansecelle på bordet

På bordet foran Rassoul Tabassian ligger en blød protesehånd. Yderst på den ene af fingrene sidder forskernes nye sensor. Den kan mærke, når nogen rører ved den.

Det er i sig selv ikke nogen nyhed.

Der findes allerede sensorer, som kan registrere både berøring og tryk og kan bruges til at give proteser information om deres omgivelser. Men mennesket med protesen er helt afskåret fra at føle.

»Det nye er måden, signalet bliver skabt på. Vi har udviklet et princip, der minder om det, der sker i kroppens egne sanseceller. På sigt håber vi, at vi kan koble sensoren direkte til nervesystemet og dermed give proteser en kunstig følesans. Det er det, vi arbejder hen imod,« siger Rassoul Tabassian.

Forskerne har fremstillet sensoren i universitetets renrum. Den har bittesmå kamre, som er forbundet af mikroskopisk kanal. Indeni er der saltvand.

Saltvandet rummer små elektrisk ladede partikler, som flytter sig med væsken. Det forskyder den elektriske balance, og der opstår en svag spænding.

Princippet svarer til det, der sker i huden, når sanseceller omsætter en berøring til information, som nervesystemet kan sende videre mod hjernen.

”Vi kan ikke kopiere en sansecelle én til én. Den er alt for kompleks. Men vi kan bryde den ned i nogle grundlæggende principper og forsøge at efterligne dem, og det er vi lykkedes med,” siger Rassoul Tabassian. 

Proteser med følesans kan være næste skridt

I dag kan den første prototype af sensoren registrere en let berøring, og den kan opfange pulsslag fra en blodåre i håndleddet.

Når forskerne placerer sensoren i en blød protesehånd, mærker den, at den bliver berørt. Sensoren producerer et signal, som forskerne uden problemer kan måle med deres laboratorieudstyr. 

Resultaterne er vigtige og helt afgørende for at kunne arbejde videre med at udvikle teknologi til proteser med følesans, mener Rassoul Tabassian. 

Men signalet fra sensoren er endnu for svagt. Spændingen skal over en tærskel på omkring 20 millivolt for at kunne udløse en reaktion i en nervecelle, og der er et stykke vej endnu.

Rassoul Tabassian vurderer, at det vil kræve flere års forskning at gå fra en prototype på en kunstig sansecelle til en velfungerende protese, der kan føle og bevæge sig naturligt som var den en del af menneskekroppen.

”Vores resultater har skabt meget stor interesse og giver os nu anledning til at gå videre med vores forskning. Næste skridt er, at vi skal have sensoren til at virke så kraftigt, at den kan stimulere nervesystemet direkte. Det kræver masser af eksperimentelt arbejde i laboratoriet og derefter en række eksperimenter med først dyr og siden mennesker,” siger han.