В Стэнфорде изобрели искусственную кожу с тактильными ощущениями

Расскажу, как работает, причем тут ML и где может использоваться в медицине и не только

🔥 Еще больше интересного в моем канале продуктовые штучки

Исследователи из Стэнфорда разработали инновационную технологию искусственной кожи и тактильных интерфейсов, которые воспроизводят осязание.

Совместно с Сеульским университетом разработана нейроморфная схема, копирующая человеческие рефлексы:

Текущие ограничения: медленная передача сигналов в гибких транзисторах, отсутствие функции "запоминания" тактильных ощущений

Машинное обучение (ML) играет ключевую роль в разработке искусственной кожи, имитирующей осязание, решая три основные задачи: локализацию контакта, интерпретацию тактильных сигналов и адаптацию к сложным поверхностям. Вот как это реализуется:

1. Локализация точки контакта

2. Обработка тактильных данных

ML-алгоритмы фильтруют шумы, нормализуют данные и снижают размерность сигналов с помощью методов вроде скользящего окна и PCA (анализ главных компонент)

Классификация воздействий: алгоритмы распознают тип прикосновения (нажатие, вибрация, скольжение) и его интенсивность, преобразуя сырые данные в понятные команды для робототехники или протезов

3. Прогнозирование комплексных взаимодействий

Многоточечные контакты: модели на основе ML предсказывают одновременное положение и силу нескольких касаний, используя распределение деформаций поверхности Работа с деформируемыми поверхностями: двухэтапные ML-модели анализируют изменения геометрии кожи (например, при растяжении), корректируя расчёты локализации

Таким образом, ML не только декодирует тактильные сигналы, но и позволяет создать универсальную искусственную кожу для робототехники, протезирования и человеко-машинных интерфейсов.

В медицине

1. Лечение ожогов и ран

Искусственная кожа используется для покрытия ожоговых и других ран, ускоряя их заживление, защищая от инфекций и минимизируя образование рубцов. Современные материалы способны полностью заменять повреждённые участки кожи, постепенно интегрируясь с собственными тканями пациента и растворяясь по мере восстановления

2. Регенеративная медицина и трансплантология

Биопечатная и клеточная искусственная кожа применяется для реконструкции кожи после серьёзных травм, операций и врождённых дефектов. Новые технологии позволяют создавать живые эквиваленты кожи с использованием стволовых клеток, что открывает путь к индивидуализированным трансплантатам

3. Лечение хронических и трудно заживающих ран

Биополимерные покрытия и искусственная кожа используются для терапии хронических язв, пролежней и длительно незаживающих ран, обеспечивая оптимальные условия для регенерации тканей

4. Диагностика и мониторинг состояния здоровья

Электронная кожа (e-skin) с сенсорами позволяет в реальном времени отслеживать биомаркеры, такие как уровень глюкозы, белки и другие параметры в поте, что способствует ранней диагностике заболеваний и персонализированному лечению. Такая кожа может использоваться для непрерывного мониторинга пациентов вне клиники

5. Реабилитация

Искусственная кожа с тактильной отдачей помогает в восстановлении чувствительности и моторики у пациентов после травм или операций, а также в обучении и тренировке движений.

Так, разрабатывается легкий трикотажный рукав Haptiknit. Haptiknit — это мягкий, гибкий рукав, разработанный в Стэнфорде для создания реалистичных тактильных ощущений в виртуальной реальности и реабилитации. В отличие от традиционных вибрационных устройств, Haptiknit использует надувные мешочки, которые выборочно надуваются и сдуваются, создавая давление на кожу. Это позволяет имитировать такие ощущения, как постукивание или поглаживание, делая взаимодействие более естественным и приятным.

Рукав выполнен из мягкого трикотажа с интегрированными пневматическими приводами, что обеспечивает комфорт и лёгкость использования без громоздких экзоскелетов. Технология может применяться не только в VR, но и для реабилитации, навигации и других задач, где важна передача осязательных сигналов

В статье Nature - подробнее о применении технологии в медицине и реабилитации.

1. Иммерсивные VR-интерфейсы

Искусственная кожа с тактильной обратной связью позволяет пользователям ощущать прикосновения, давление, вибрации и даже температуру в виртуальных мирах, что значительно усиливает эффект присутствия и реалистичность взаимодействия

2. Образование и тренажёры

Технология применяется для создания обучающих симуляторов, где пользователи могут отрабатывать навыки (например, медицинские манипуляции или работу с опасным оборудованием) с реалистичными тактильными ощущениями, что повышает эффективность обучения

3. Киберспорт и развлекательные приложения

Искусственная кожа интегрируется в костюмы и аксессуары для игр, обеспечивая физическую отдачу (вибрации, удары, давление), что делает игровой опыт более захватывающим

4. Дистанционное взаимодействие и телемедицина

В VR и телемедицине искусственная кожа позволяет передавать тактильные ощущения на расстоянии, что может быть полезно для удалённых консультаций, реабилитации и даже проведения некоторых процедур

#искусственнаякожа #haptiknit #виртуальнаяреальность #медицина #тактильныеощущения #технологии #станфорд #реабилитация #инновации #робототехника #иитехнологии #иимедицина #ииреабилитация #ииинновации #иикожа