آزمایشگاه APL‌ در John Hopkins محل ساخت دستگاه خنک کننده‌ای با نام TFTEC است که در ادغام با اعضای مصنوعی می‌تواند حسی از دما را به بیماران بازگرداند. پژوهشگران به کاربردهای این فناوری در بخش سلامت برای درمان دردهای مزمن و بیماری‌های عصبی-عضلانی امیدوارند. در ادامه این مقاله از مجله فناوری‌های توان افزا و پوشیدنی به معرفی بیشتر این دستگاه می‌پردازیم.

پژوهشگران آزمایشگاه فیزیک کاربردی در John Hopkins، یا به اختصار APL، یک دستگاه لایه نازک ترموالکتریک و یک پروتز ماژولار ساخته‌اند که به کمک آن می‌توان حسی از سرد و گرم بودن اجسام بدست آورد. دستگاه ترموالکتریک پوشیدنی APL دستگاهی بسیار کوچک، سریع و قوی است که پوشیدنی خنک سازی لایه نازک ترموالکتریک، TFTEC، نامیده می‌شود. این دستگاه به کاربر خود کمک می‌کند در اندام فانتوم خود حسی از دما داشته باشد. Nature Biomedical Engineering مقاله این دستگاه را چاپ کرده است.

دستگاه TFTEC قابلیتی جدید در دستگاه‌های واقعیت مجازی و افزوده،‌ پروتزها و مدیریت درد را برای راحتی کاربر به کار می‌گیرد. همچنین لیزرها، دستگاه‌های تولید انرژی و سایر پژوهش‌های صنعتی از این دستگاه سود می‌برند.

مواد ترموالکتریک لایه نازک در DARPA

Rama Venkatasubramanian توسعه این دستگاه را با پژوهشی از DARPA شروع کرد. او در سال ۲۰۱۶ یک ماده ترموالکتریک نانو مهندسی شده برای MATRIX‌، برنامه‌ای از DARPA، ساخت. دستگاه‌های لایه نازک پیشرفته با مواد CHESS، Controlled Hierarchically Engineered Superlattice Structures، امکان انتقال گرما در تراشه‌های رایانه‌ای و دستگاه‌های مختلف فراهم می‌کرد.

پس از این سرپرست بخش علوم تجربی در APL‌ با نام Bobby Armiger  تلاش کرد از مواد CHESS برای ایجاد حسی از دما در کاربران دارای قطع عضو استفاده کند. او سپس بر ساخت اعضای مصنوعی کنترل شونده با ذهن در قسمت بالاتنه برای ایجاد حرکت طبیعی در عضو مصنوعی متمرکز شد.

پیش از این تلاش‌هایی برای شبیه‌سازی بخش‌هایی از بدن برای ایجاد حس لامسه در عضو مصنوعی انجام شده بود اما دستگاه خنگ کننده سریع که حس فرد از دما را بازگرداند کاملا جدید است. حس ما از دما کاربردهای عملی دارد. مانند تشخیص دادن یک نوشیدنی سرد یا درک حس گرما در دستان عزیزمان.

Venkatasubramanian و گروه ترموالکتریک با همکاری Armiger و گروهی از دانشمندان علوم اعصاب، رباتیک و دانشمندان مرکز علوم پژوهشی توانبخشی، Center for Rehabilitation Sciences Research، از بخش علوم پزشکی و توانبخشی در دانشگاه USU برای ساخت یک پوشیدنی خنک کننده ترموالکتریک سریع و قوی دست به کار شدند. آنان به دنبال دستگاهی بودند که از نظر توانایی با پوست بدن قابل مقایسه باشد. و به این شکل دستگاه TFTEC ساخته شد.

ویژگی های فیزیکی TFTEC

TFTEC با ضخامت کمی بیشتر از یک میلیمتر و سنگینی 0.05 گرم مشابه یک چسب زخم است. این دستگاه در کمتر از یک ثانیه و با صرف نصف انرژی دستگاه‌های ترموالکتریک کنونی عمل سرد سازی را انجام می‌دهد. ابزارهای متداول ساخت دیودهای نوری نیم رسانا قادر به ساخت TFTEC نیز هستند. بنابراین TFTEC یک پوشیدنی با کاربردهای لمسی هیجان انگیز در بخش پروتز است.

آزمایش عملکرد لایه نازک خنک کننده

پژوهشگران برای آزمایش کارایی دستگاه نقشه‌ای از نحوه حس دما در دست فانتوم یک بیمار رسم کردند. اعصاب موجود در قسمت باقی مانده دست سبب ایجاد حس فانتوم می‌شود. بنابراین الکترودهای متصل به اعصاب دست می‌توانند حس لامسه را دست فرد ایجاد کنند. حس مورد نظر معمولا لامسه یا فشار است اما در مورد TFTEC این حس مربوط به دما است.

کلیه افراد شرکت کننده در این آزمایش با موفقیت سرما را در دست فانتوم خود تشخیص دادند. این درحالی است که فناوری ترموالکتریک کنونی تنها در نیمی از این افراد حس سرما را برانگیخت. دستگاه TFTEC همچنین این کار را هشت برابر سریع‌تر، با شدت بیشتر و با صرف نیمی از انرژی فناوری کنونی انجام داد، هر چند دمای هدف در مورد هر دو فناوری یکسان بود.

پژوهشگران در طول ۴۸ هفته این آزمایش نقاط برانگیختگی را تغییر نداند و همچنان نتایج یکسان بود. پس حس دما در اندام مصنوعی تا سال‌ها پایدار است. تداوم حس دما با یک دستگاه غیر تهاجمی برای بدن خبر بسیار خوبی است و حاکی از کاربردهای گسترده این دستگاه است.

چشم انداز کاربردی TFTEC

درحال حاضر گروه مشتاقانه برای ترکیب این فناوری با سایر امکانات در بخش سلامت در تلاش است. آنان مایل هستند این فناوری را در انواع پوشیدنی‌ها به کارگیرند. این خواسته با توجه به اینکه حس لامسه و دما به شکل‌های مختلف بدن را تحت تاثیر قرار می‌دهد، منطقی است. این فناوری افزون بر کمک به بیماران دارای نقص عضو برای درمان بیماری‌های عصبی-عضلانی و درمان دردهای مزمن نیز کارآمد است.

نرم افزار متن باز بهینه سازی و شخصی سازی روش درمان اختلالات حرکتی
تشخیص قصد حرکتی و امکان توانبخشی هدفمند پس از آسیب نخاعی
نظارت بر حرکات بازو پس از سکته با یک پوشیدنی مبتنی بر هوش مصنوعی

منبع: medicalexpress

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است»