Конечно же, с человеческими механорецепторами искусственные датчики пока не сравнятся. Так, когда естественные рецепторы ощущают внешнее давление, они генерируют «выстрел» нервных импульсов, причем чем давление сильнее, тем частота этого потока выше.
Впрочем, датчики, применявшиеся ранее, были аналоговыми, поэтому чем более сильное давление оказывалось на них, тем выше была сила сигнала, при этом частота импульсов оставалась прежней. За счет этого прототипы искусственной кожи, представленные до настоящего времени, требовали установки дополнительной микросхемы, превращающей в цифровой поток импульсов сигналы различной силы.
Честь создания датчиков, которые исключают это промежуточное звено и сразу выдают сигналы в цифровом виде, принадлежит Чжэнань Бао (Zhenan Bao), инженеру-химику из Стэндфордского университета. Взяв за основу устройства, разработанные в 2010 году (миниатюрные стержни из резины с токопроводящими углеродными нанотрубками и парой электродов, между которыми при давлении появляется контакт), она усовершенствовала их. В результате стержни превратились в перевернутые пирамиды, а их чувствительность к прикосновениям увеличилась: так, новые датчики распознают не только крепкое рукопожатие, но и дуновение ветра.
Кроме того, в конструкцию Бао добавила кольцевые генераторы, которые преобразуют в поток импульсов электрические сигналы от пирамид. Таким образом, рецепторы-пирамиды имитируют механорецепторы человеческой кожи максимально точно: кольцевые генераторы выдают импульсы максимальной частоты при максимально допустимом давлении.
Продолжая исследования, ученые решили найти способ передачи импульсов в мозг без вживления в кору металлических электродов. Дело в том, что они довольно быстро повреждают ткани мозга, за счет чего подопытные страдают, а время проведения эксперимента строго лимитируется. Бао придумала направлять электронные импульсы от датчиков осязания к светодиоду, а он конвертировал их в поток импульсов синего цвета.
К подготовке эксперимента привлекли генетиков, которые выполнили перестройку соматосенсорной коры мышей – она стала поглощать синий свет и реагировать на него. В лаборатории изучили срез светочувствительной коры и установили, что ткани мозга мышей сигналы от датчиков успешно принимали и эффективно на них реагировали.
Но, к сожалению, к проведению экспериментов с чувствительной искусственной кожей на человеческом мозге пока готово не всё. Прежде всего, пока невозможно модифицировать его генетически для приема световых сигналов. Но как только ученые найдут методику долгосрочной безопасной передачи электрических сигналов к мозгу от искусственной кожи, можно будет говорить о начале разработки полноценных чувствительных протезов.