Umělá kůže ze Stanfordu umí rozpoznat hmatové vjemy!

Takhle vypadá umělá kůže

Americký tým přišel s prototypem mechanického systému, který zvládne vnímat hmat.

Lidská schopnost vnímat doteky je považována za skoro až poetický um. Jedná se také o zřejmě poslední z pěti základních smyslů, který stroje neumí snadno replikovat – zatímco zvuk, obraz, rozpoznávání chemikálií ve vzduchu i jinde už různé systémy zvládají, detailní hmat by vyžadoval komplexní síť tlakových receptorů a jejich správnou analýzu. Tedy, platilo to až doposud. Tým ze Stanfordovy univerzity dle studie publikované v časopise Journal totiž přišel s technologií, která rozezná tlakovou sílu vyvíjenou vůči nebo od objektu, a je sto tuto informaci předat mozkovým buňkám. Jinými slovy, jedná se o potenciální technologii, která může transplantátům umožnit rozeznat hmat.

Jeden či více smyslů?

Konvenční myšlení zařazuje hmat mezi jeden z pěti klasických smyslů, jako mnohokrát jindy se však tento "selský rozum" při bližším náhledu ukáže být mnohem složitější. Vědci označují "hmat" za tzv. taktilní kontakt, vedle tlaku na jeho vnímání má totiž vliv i teplo, vibrace nebo i bolest. Záleží totiž, na co a čím saháme - je notný rozdíl mezi dotekem dlaně o rozpálenou plotnu, chladný povrch karoserie nebo dlaň jiného člověka. Hmatové receptory jsou navíc po celém těle rozprostřeny s různou hustotou, což v důsledku ovlivňuje i způsob, jakým vnímáme sebe či okolí. Není náhodou, že nejméně tlak vnímáme na zádech.

Nejde ale jenom o identifikaci s vlastním tělem, nýbrž i praktický vliv. Skrze tlak jsme sto rozeznat, kdy je nějaký předmět příliš horký, příliš studený, či zdali vůči němu nevyvíjíme přílišný tlak – to celé abychom nerozbili daný předmět, či naopak nezlomili vlastní paži. Poněkud nedostatečný taktilní recepce je proto velkou nevýhodou dnešní generace umělých končetin. Nakonec nemusíme jít nutně vstříc robotickým dodatkům těla, i pasivní protézy se schopností pociťovat hmat by pro svého majitele byly velkým pokrokem. Do skutečné umělé kůže je sice ještě daleko, stanfordský vynález mladého doktora elektroinženýrství Benjamina Tee však dokazuje, že se ji možná dočkáme spíše dříve nežli později.

V zásadě lze říct, že Tee dal dohromady ohebné organické polovodičové obvody spolu s novým tlakovým senzorem a vytvořil jednoduchou flexibilní látku, kterou je možné vnímat jako první umělou kůži citlivou na dotek. Už sám senzor je působivým vynálezem – jedná se totiž o sérii uhlíkových nanotrubic poskládaných do miniaturních obrácených pyramid. Čím více trubic pociťuje kontakt, tím je pocit tlaku intenzivnější. To samo o sobě však nestačí k tomu, aby byl mozek sto kontakt i vnímat, je totiž nutné mu informace nějak předat.

Informace rovnou do mozku

Leeho systém údaje převádí signál do stejných elektrických impulzů, jaké mozku vysílá i přirozený lidský kožní mechanoreceptor. Co zbývá, je propojit tyto impulzy se samotným mozkem. K tomu Leeho tým propojil optické kabely s kultivovanými mozkovými buňkami myší pomocí technologie optogenetiky. Ta umí geneticky modifikované buňky naučit reagovat na světelný signál o různé barvě nebo intenzitě. Při správném vyústění a propojení obou systémů je proces relativně neinvazivní, může přitom donutit daný neuron reagovat stejně jako na běžné signály.

Ačkoliv jde prozatím toliko o experimentální pokus – mozkových buněk myší se ostatně na podobnost s běžným dotykem nikdo neptal – naznačuje Leeho komunikace hmatu přístup, jakým se technologie bude ubírat do budoucna. Krom lidí s protézami to může přinést i revoluci pro praktické využití robotů. Těm by schopnost hmatu mohla dopomoct k řádově lepšímu výkonu v průmyslové výrobě, ale i omezit počet incidentů, nehod nebo rozbitých produktech. Například pro zemědělské roboty starající se o sběr plodin by šlo o požehnání.

Hybridní biotechnologie navíc nejsou ani zdaleka omezené jenom na tento specifický produkt. Americká společnost Ras Labs například testuje "umělý sval", čili chytrý gel, který se umí natahovat nebo smršťovat dle toho, jak tento je či není vystaven elektrickému proudu. V budoucnu by mohl tvořit vnější obal mechanických konstrukcí a tak zvýšit jak jejich odolnost, tak i sílu. Bude-li navíc obalen umělou kůží, prapotomkem Leeho systému, výsledný aparát nebude přehršle odlišný od lidské končetiny.

Ladislav Loukota