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E-derme dá sensação de toque e dor a mão biônica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  28/06/2018

A e-derme usa um modelo neuromórfico para traduzir os sinais eletrônicos em estímulos nervosos. [Imagem: Luke E. Osborn et al. - 10.1126/scirobotics.aat3818]

Pele eletrônica

Engenheiros biomédicos criaram uma nova geração de pele eletrônica capaz de restaurar um senso de toque verdadeiro em pacientes que perderam membros e usam próteses.

"Depois de muitos anos, eu senti minha mão, como se uma concha vazia tivesse sido enchida com vida novamente," disse o testador anônimo que serviu como voluntário da equipe da Universidade Johns Hopkins, nos EUA.

Feita de tecido e borracha e incorporada com sensores para imitar as terminações nervosas, a e-derme - uma derme eletrônica - recria não apenas a sensação de toque, mas também estímulos sensoriais, como a dor, e retransmite os impulsos de volta aos nervos periféricos.

A inspiração na biologia humana significa que a pele eletrônica permite que o usuário sinta um espectro contínuo de percepções táteis, desde o toque leve até estímulos nocivos ou dolorosos.

"Nós fabricamos um sensor que vai além das pontas dos dedos de uma mão protética e age como sua própria pele. Ele foi inspirado no que acontece na biologia humana, com receptores para toque e para dor.

"Isso é interessante e novo porque agora nós podemos pegar uma mão protética que já está à venda no mercado e dotá-la de uma e-derme que pode dizer ao usuário se ele ou ela está pegando algo que é redondo ou se tem extremidades pontiagudas," disse o pesquisador Luke Osborn.

Diversos tipos de sensores - por enquanto apenas nas pontas dos dedos - são usados para imitar as terminações sensoriais naturais. [Imagem: Luke E. Osborn et al. - 10.1126/scirobotics.aat3818]

Sensores de toque e dor

Para que a e-derme codifique sensações eletronicamente, da mesma forma que os receptores na pele, a equipe criou um "modelo neuromórfico" que imita os receptores de toque e dor do sistema nervoso humano. Rastreando a atividade do cérebro através de eletroencefalografia, ou EEG, a equipe comprovou que o voluntário estava mesmo percebendo essas sensações em sua mão biônica.

A equipe conectou a e-derme ao voluntário usando um método não invasivo, conhecido como estimulação nervosa transcutânea, ou TENS. Em uma tarefa de detecção de dor, o voluntário experimentou uma reação reflexa natural à dor ao tocar um objeto pontudo, dor que não foi sentida ao tocar objetos redondos, por exemplo.

A e-derme ainda não é sensível à temperatura - neste teste inicial, a equipe focou na detecção da curvatura do objeto (para percepção do toque e da forma) e nitidez (para percepção da dor).

Além de ajudar amputados a recuperarem a sensação, essa tecnologia poderá ser usada para tornar os sistemas robóticos mais humanos e para dar sensibilidade às luvas e trajes espaciais dos astronautas.

Bibliografia:

Prosthesis with neuromorphic multilayered e-dermis perceives touch and pain
Luke E. Osborn, Andrei Dragomir, Joseph L. Betthauser, Christopher L. Hunt, Harrison H. Nguyen, Rahul R. Kaliki, Nitish V. Thakor
Science Robotics
Vol.: 3, Issue 19, eaat3818
DOI: 10.1126/scirobotics.aat3818

Mais rápido, muito mais rápido

Bits viram piscadas de luz para acelerar computadores

Redação do Site Inovação Tecnológica -  18/06/2018

Visualização artística de um circuito integrado comunicando-se por luz, em vez de elétrons, para permitir uma comunicação mais rápida e eficiente em termos energéticos. A chave é o novo interruptor eletro-óptico. Uma fibra óptica (a partir da esquerda) serve de referência de tamanho.[Imagem: ETH Zurich]

Bits fotônicos

Pesquisadores da área de fotônica criaram um microcomponente que traduz os bits 0 e 1 da linguagem digital, que são tipicamente sinais elétricos nos processadores e memórias, em bits de luz, ou fotônicos, que têm velocidades dez vezes maiores do que as tecnologias atuais.

O componente é um modulador eletro-óptico, que converte sinais elétricos em pulsos de luz prontos para viajar pelos cabos de fibras ópticas. Além disso, o processamento de dados com luz promete ser muito mais veloz e consumir uma fração da energia usada pelos processadores atuais, o que significa que eles virtualmente não vão esquentar, permitindo ganhos adicionais de velocidade.

"Tal como aconteceu com avanços anteriores na tecnologia da informação, este pode impactar dramaticamente a maneira como vivemos," antevê o professor Larry Dalton, da Universidade de Washington, nos EUA.

O novo componente eletro-óptico já nasce próximo do tamanho dos atuais componentes dos circuitos eletrônicos, o que é necessário para a integração dos sistemas fotônicos e eletrônicos em um único chip.

Com ele, a largura de banda é aumentada por um fator de 10, enquanto o consumo de energia é reduzido por um fator de 1.000.

Plasmônica

A nova tecnologia foi possível explorando uma quasipartícula chamada plásmon polariton, que possui propriedades intermediárias entre elétrons e fótons. Essa tecnologia de partículas híbridas é conhecida como plasmônica.

As aplicações do componente podem ser divididas em duas categorias com base no comprimento de onda da luz que ele for projetado para gerar: as telecomunicações por fibra óptica e as interconexões ópticas na computação utilizam luz em frequências ópticas (infravermelho), enquanto aplicações como telecomunicações sem fio e radar usam radiação eletromagnética nas regiões de radiofrequência e micro-ondas.

Bibliografia:

Low-loss plasmon-assisted electro-optic modulator
Christian Haffner, Daniel Chelladurai, Yuriy Fedoryshyn, Arne Josten, Benedikt Baeuerle, Wolfgang Heni, Tatsuhiko Watanabe, Tong Cui, Bojun Cheng, Soham Saha, Delwin L. Elder, Larry. R. Dalton, Alexandra Boltasseva, Vladimir M. Shalaev, Nathaniel Kinsey, Juerg Leuthold
Nature
Vol.: 556, pages 483-486
DOI: 10.1038/s41586-018-0031-4