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 ambayo inaweza kugundua nguvu na shinikizo (hata mini). Sensor hii (iliyoundwa na kikaboni polima, nanotubes za kaboni na elektrodi za dhahabu) hutuma ishara kupitia sehemu ya pili, neuroni ya kielektroniki inayonyumbulika. Vipengele hivi vyote viwili ni matoleo yaliyoboreshwa na kuboreshwa ya yale yaliyotengenezwa na watafiti sawa hapo awali. Ishara za hisi zinazozalishwa na kupitishwa kupitia vijenzi hivi viwili huwasilishwa kwa kipengele cha tatu, transistor ya sinepsi ya bandia ambayo ina muundo sawa na sinepsi za binadamu katika ubongo. Vipengele hivi vyote vitatu vinapaswa kufanya kazi kwa ushirikiano na kuonyesha kazi ya mwisho ilikuwa kipengele cha changamoto zaidi. Sinapsi halisi za kibayolojia hupeana mawimbi na kuhifadhi taarifa zinazohitajika kufanya maamuzi. Transistor hii ya sinepsi "hufanya" kazi hizi kwa kutoa ishara za elektroniki kwa transistor ya sinepsi kwa kutumia mzunguko wa neva wa bandia. Kwa hivyo, mfumo huu bandia hujifunza kutambua na kuguswa na miingio ya hisi kulingana na ukubwa na marudio ya mawimbi ya nguvu ndogo, jinsi tu sinepsi ya kibayolojia ingefanya katika mwili hai. Upya wa utafiti huu ni jinsi vipengele hivi vitatu ambavyo vinajulikana hapo awali viliunganishwa kwa mafanikio kwa mara ya kwanza ili kutoa mfumo wa kushikamana.
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.
***
Chanzo (s)
Yeongin K et al. 2018. Mshipa wa afferent wa kikaboni unaoongozwa na bioinspired. Bilim. https://doi.org/10.1126/science.aao0098
***
