(Phys.org) - De intrikata egenskaperna hos fingertopparna har efterliknats och återskapats med hjälp av halvledarenheter i vad forskare hoppas kommer att leda till utvecklingen av avancerade kirurgiska handskar.
Enheterna, visat sig kunna reagera med hög precision på de påfrestningar och belastningar som är förknippade med beröring och fingerrörelse, är ett steg mot skapandet av kirurgiska handskar för användning i medicinska ingrepp som lokala ablationer och ultraljudsskanningar.
Forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign, Northwestern University och Dalian University of Technology har publicerat sin studie idag, 10 augusti, i tidningen Nanoteknik .
Erbjuder riktlinjer för skapandet av dessa elektrotaktila stimuleringsanordningar för användning på kirurgens fingertoppar, deras papper beskriver materialen, tillverkningsstrategier och enhetsdesigner, med ultratunna, töjbar, kiselbaserad elektronik och mjuka sensorer som kan monteras på en konstgjord "hud" och monteras på fingertopparna.
"Föreställ dig förmågan att känna av vävnadens elektriska egenskaper, och sedan ta bort vävnaden lokalt, just genom lokal ablation, allt via fingertopparna med smarta kirurgiska handskar. Alternativt, eller kanske dessutom, ultraljudsavbildning kan vara möjlig, "sa medförfattare till studien professor John Rogers.
Forskarna föreslår att den nya tekniken kan öppna möjligheter för kirurgiska robotar som kan interagera, i ett mjukt kontaktläge, med sin omgivning genom beröring.
Den elektroniska kretsen på 'huden' är gjord av mönster av guldledande linjer och ultratunna ark av kisel, integrerad på en flexibel polymer som kallas polyimid. Arket etsas sedan in i en öppen maskgeometri och överförs till ett tunt ark av silikongummi gjutet till den exakta formen av ett finger.
Denna elektroniska "hud", eller fingermanschett, utformades för att mäta spänningar och påfrestningar vid fingertoppen genom att mäta förändringen i kapacitans - förmågan att lagra elektrisk laddning - för par mikroelektroder i kretsen. Applicerade krafter minskade avståndet i huden som, i tur och ordning, ökade kapacitansen.
Fingertoppsenheten kan också vara utrustad med sensorer för mätning av rörelse och temperatur, med småskaliga värmare som ställdon för ablation och andra relaterade operationer
Forskarna experimenterade med att ha elektroniken på insidan av enheten, i kontakt med bärarens hud, och även på utsidan. De tror att eftersom enheten utnyttjar material och tillverkningstekniker från den etablerade halvledarindustrin, processerna kan skalas för realistisk användning till rimliga kostnader.
"Det kanske viktigaste resultatet är att vi kan integrera multifunktionella, kiselhalvledarutrustningsteknik i form av mjuk, tredimensionell, formpassande skinn, lämplig för integration inte bara med fingertopparna utan även andra delar av kroppen, "fortsatte professor Rogers.
Verkligen, forskarna tänker nu skapa en "hud" för integration på andra delar av kroppen, som hjärtat. I detta fall, en enhet skulle omsluta hela hjärtats 3D -yta, som en strumpa, att tillhandahålla olika avkännings- och manövreringsfunktioner, tillhandahålla avancerade kirurgiska och diagnostiska enheter som är relevanta för hjärtarytmier.
Framtida utmaningar inkluderar att skapa material och system för att förse enheten med trådlös data och ström.
