Watafiti wameunda mfumo wa neva wa fahamu ambao unaweza kuchakata taarifa sawa na mwili wa binadamu na unaweza kutoa hisia za kuguswa kwa viungo bandia.
Ngozi yetu, kiungo kikubwa zaidi cha mwili, pia ndicho muhimu zaidi kwani inafunika mwili wetu wote, inadhibiti halijoto ya mwili wetu na hutulinda kutokana na mambo hatari ya nje kama vile jua, halijoto isiyo ya kawaida, vijidudu n.k. Ngozi yetu inaweza kutanuka na kujirekebisha yenyewe. Ngozi pia ni muhimu kwa sababu hutupatia hisia ya kugusa ambayo kwayo tunaweza kufanya maamuzi. Ngozi ni mfumo mgumu wa kuhisi na kuashiria kwetu.
Katika utafiti uliochapishwa katika Bilim, watafiti wakiongozwa na Prof Zhenan Bao katika Chuo Kikuu cha Stanford na Chuo Kikuu cha Taifa cha Seoul wametengeneza bandia mfumo wa neva ambao unaweza kuwa hatua kubwa kuelekea kuunda "ngozi ya bandia" kwa bandia miguu na mikono ambayo inaweza kurejesha hisia na kufanya kama kifuniko cha kawaida cha ngozi. Kipengele cha changamoto cha utafiti huu kilikuwa jinsi ya kuiga ngozi yetu ambayo ina sifa kadhaa za kipekee. Kipengele ambacho ni kigumu zaidi kuiga ni jinsi ngozi yetu inavyofanya kazi kama mtu mahiri hisia mtandao ambao kwanza hupeleka hisia kwenye ubongo na pia kuamuru misuli yetu kuitikia kupitia reflex ili kufanya maamuzi ya haraka. Kwa mfano, bomba husababisha misuli ya kiwiko kunyoosha, na vihisi katika misuli hii hutuma msukumo kwenye ubongo kupitia neuroni. Neuroni kisha hutuma mfululizo wa ishara kwa sinepsi husika. Mtandao wa sinepsi katika mwili wetu unatambua muundo wa kunyoosha ghafla kwa misuli na hutuma ishara mbili kwa wakati mmoja. Ishara moja husababisha misuli ya kiwiko kusinyaa kama reflex na ishara ya pili huenda kwenye ubongo ili kufahamisha kuhusu mhemko huu. Mfuatano huu wote wa tukio hutokea katika karibu sehemu ya sekunde. Kuiga mifumo hii changamano ya fahamu ya kibayolojia ikijumuisha vipengele vyote vya utendaji katika mtandao wa niuroni bado inasalia kuwa changamoto.
Mfumo wa kipekee wa fahamu ambao "huiga" ukweli
Watafiti wameunda mfumo wa kipekee wa hisia ambao unaweza kuiga jinsi mfumo wa neva wa binadamu unavyofanya kazi. "Mzunguko wa neva bandia" ulioundwa na watafiti huunganisha vipengele vitatu kwenye karatasi bapa, inayonyumbulika yenye ukubwa wa sentimita chache. Vipengele hivi vimeelezewa kibinafsi hapo awali. Sehemu ya kwanza ni kugusa sensor which can detect forces and pressure (even mini ones). This sensor (made of kikaboni polymers, carbon nanotubes and gold electrodes) send signals through a second component, a flexible electronic neuron. Both these components are enhanced and improved versions of what was developed by same researchers before. Sensory signals generated and passed through these two components are delivered to a third component, an artificial synaptic transistor which is modelled exactly like human synapses in the brain. All these three components have to work cohesively and demonstrating the end function was the most challenging aspect. Real biological synapses relay signals and store information which is required to take decisions. This synaptic transistor “performs” these functions by delivering electronic signals to the synaptic transistor by using the artificial nerve circuit. Therefore, this artificial system learns to recognize and react to sensory inputs based upon the intensity and frequency of low-power signals, just how a biological synapse would do in a living body. The novelty of this study is how these three individual components that are known previously were integrated successfully for the first time to deliver a cohesive system.
Watafiti walijaribu uwezo wa mfumo huu wa kutoa hisia na pia kuhisi mguso. Katika jaribio moja waliambatanisha neva yao ya bandia kwenye mguu wa mende na wakaweka shinikizo ndogo kwenye kitambuzi chao cha kugusa. Neuron ya kielektroniki iligeuza ishara ya kitambuzi kuwa ishara za dijiti na kuzipitisha kupitia transistor ya sinepsi. Hili lilisababisha mguu wa mende kutekenya kulingana na ongezeko la shinikizo au kupungua kwa kihisi cha mguso. Kwa hivyo, usanidi huu wa bandia kwa hakika uliamilishwa reflex ya twitch. Katika jaribio la pili, watafiti walionyesha uwezo wa neva bandia katika kugundua hisi tofauti za mguso kwa kuweza kutofautisha herufi za Braille. Katika jaribio lingine walivingirisha silinda juu ya kihisia katika mwelekeo tofauti na waliweza kutambua kwa usahihi mwelekeo halisi wa mwendo. Kwa hivyo, kifaa hiki kinaweza kuboresha utambuzi wa kitu na uchakataji mzuri wa taarifa zinazogusika kama vile utambuzi wa unamu, usomaji wa breli na kingo bainishi za vitu.
Wakati ujao wa mfumo wa neva wa hisia za bandia
Teknolojia hii ya neva ya bandia iko katika hatua ya mapema sana na haijafikia kiwango cha utata kinachohitajika lakini imetoa matumaini makubwa ya kuunda vifuniko vya ngozi ya bandia. Ni wazi kwamba "vifuniko" vile pia vitahitaji vifaa vya kuchunguza joto, vibration, shinikizo na nguvu nyingine na hisia. Inabidi wawe na uwezo mzuri wa kupachikwa kwenye saketi zinazonyumbulika ili waweze kuunganishwa vyema na ubongo. Ili kuiga ngozi yetu, kifaa kinahitaji kuwa na muunganisho zaidi na utendakazi ambao utakifanya kiwe thabiti na cha kutegemewa.
Teknolojia hii ya ujasiri wa bandia inaweza kuwa msaada kwa prosthetics na kurejesha hisia kwa waliokatwa. Vifaa vya bandia vimeboreshwa sana kwa mwaka mzima na teknolojia zaidi ya uchapishaji ya 3D inapatikana na mifumo ya robotiki inayoitikia zaidi. Licha ya maboresho haya, vifaa vingi vya bandia vinavyopatikana leo vinapaswa kudhibitiwa kwa njia mbaya sana kwani havitoi kiolesura kizuri cha kuridhisha na ubongo kwa sababu ya ukosefu wa kuingizwa kwa ugumu wa mfumo mkubwa wa neva wa binadamu. Kifaa haitoi maoni na hivyo mgonjwa huhisi kutoridhika sana na hutupa mapema au baadaye. Teknolojia kama hiyo ya mishipa ya fahamu inapojumuishwa kwa ufanisi katika viungo bandia itatoa taarifa za mguso kwa watumiaji na itasaidia kuwapa wagonjwa uzoefu bora zaidi. Kifaa hiki ni hatua kubwa kuelekea kutengeneza mitandao ya fahamu ya ngozi inayofanana na ngozi kwa matumizi mbalimbali kwa kutoa uwezo wa kutafakari na kutambua mguso.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
Yeongin K et al. 2018. Mshipa wa afferent wa kikaboni unaoongozwa na bioinspired. Bilim. https://doi.org/10.1126/science.aao0098
