تقنية جديدة تعيد الإحساس بالحرارة والبرودة فى الأطراف الوهمية لمبتورى الأطراف

طور الباحثون في مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية (APL) واحدًا من أصغر أجهزة التبريد وأكثرها كثافة، والمعروف باسم المبرد الكهروحراري ذو الأغشية الرقيقة القابل للارتداء (TFTEC)، حيث تعاونوا مع علماء الأعصاب لمساعدة مبتوري الأطراف على الشعور بالحرارة بأطرافهم الوهمية.

يفتح هذا التطور الرائد مجموعة واسعة من الوظائف الجديدة المفيدة، بما في ذلك الأطراف الصناعية المحسنة، وردود الفعل اللمسية في تنسيقات الواقع المعزز الجديدة (AR)، والعلاجات المنظمة حرارياً لحالات الاستخدام مثل تخفيف الآلام، من المحتمل أيضًا أن تكون هذه التكنولوجيا ذات قيمة في مجموعة من السياقات الصناعية والبحثية، مثل إلكترونيات التبريد والليزر، وحصاد الطاقة في الأقمار الصناعية، وفقاً لموقع scitechdaily.

بدأ تطوير TFTEC في APL في عام 2016، عندما بدأ Rama فينكاتاسوبرامانيان، مهندس أجهزة أشباه الموصلات وكبير تقنيي أبحاث الكهرباء الحرارية في APL ، في تطوير مواد وأجهزة كهروحرارية متطورة مصممة بالنانو لصالح برنامج MATRIX التابع لوكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA)، لدعم MATRIX، طورت APL مواد كهروحرارية ذات أغشية رقيقة متطورة تسمى هياكل Superlattice المهندسة ذات التسلسل الهرمي (CHESS).

كانت خطوات فينكاتاسوبرامانيان في مجال الكهروحرارية CHESS مهمة للغاية بحلول نهاية عام 2019، لدرجة أن بوبي أرميغر، الذي يشرف على فرع العلوم الاستكشافية في APL ، تساءل عما إذا كان من الممكن استخدام أجهزته لتسهيل الإحساس بدرجة الحرارة في الأطراف الوهمية لمبتوري الأطراف لتحسين الأطراف الاصطناعية، منذ عام 2006، كان APL يقود برنامج DARPA الثوري للأطراف الاصطناعية، وهو جهد يركز على إنشاء طرف اصطناعي يتم التحكم فيه عقليًا والذي سيعيد القدرة الحسية والحركية شبه الطبيعية لمرضى بتر الأطراف العليا.

بدأ فينكاتاسوبرامانيان وفريق الكهروحرارية التعاون مع Armiger وفريق من علماء الأعصاب وعلماء الروبوتات كجزء من دراسة يدعمها مركز أبحاث علوم إعادة التأهيل في قسم الطب الفيزيائي وإعادة التأهيل (PM&R) في جامعة الخدمات الموحدة للعلوم الصحية ( USU) ، من خلال جائزة فرعية من مؤسسة Henry M.

قال فينكاتاسوبرامانيان: “يبلغ سمك TFTEC الخاص بنا أكثر بقليل من ملليمتر واحد، ويزن 0.05 جرامًا فقط، على غرار الضمادة اللاصقة الرقيقة، ويمكن أن يوفر تبريدًا مكثفًا في أقل من ثانية، إنها أيضًا أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بمرتين من الأجهزة الكهروحرارية الأكثر شيوعًا اليوم، ويمكن تصنيعها بسهولة باستخدام أدوات أشباه الموصلات التي تُستخدم أيضًا في تصنيع الثنائيات الباعثة للضوء [LED]، إنه تطور مثير يمكن أن يكون له تداعيات هائلة على الأطراف الاصطناعية وتطبيقات اللمس “.

لاختبار فعالية TFTEC، قام الباحثون برسم خرائط للأحاسيس الحرارية في أيدي وهمية لأربعة مبتورين.

وقال لوك أوزبورن، الباحث في الهندسة العصبية الذي يقود الكثير من أعمال محاكاة العصب غير الباضعة لـ APL: “عندما يفقد شخص ما جزءًا من أحد الأطراف، تظل الأعصاب الموجودة داخل الطرف المتبقي موجودة، مما قد يؤدي إلى الإحساس” الشبحي “بالطرف، ويمكنك وضع أقطاب كهربائية على أجزاء مختلفة من ذراع مبتور الأطراف حيث تنمو تلك الأعصاب مجددًا وتحفز الإحساس”.

نشرت Nature Biomedical Engineering مؤخرًا نتائج من أبحاث TFTEC المكثفة التي أجرتها APL لمثل هذه التطبيقات الحسية، والتي تضمنت توصيفًا على نطاق المختبر، وتجارب مع مبتوري الأطراف، وإثباتًا واقعيًا لهذا النهج، تشير الدراسة إلى أن TFTEC أثار أحاسيس التبريد في الأطراف الوهمية لجميع المشاركين أثناء مهمة الكشف عن البرد، في حين أن التكنولوجيا الحرارية التقليدية فعلت ذلك في نصفهم فقط – وكان TFTEC يفعل ذلك ثماني مرات أسرع وبثلاثة أضعاف الشدة، بالإضافة إلى ذلك ، استخدمت TFTEC نصف الطاقة مقارنة بالأجهزة الكهروحرارية الحالية.