Amputados freqüentemente experimentam a sensação de um "membro fantasma" - uma sensação de que uma parte do corpo que falta ainda está lá.

Essa ilusão sensorial está mais perto de se tornar realidade graças a uma equipe de engenheiros da Universidade Johns Hopkins que criou uma pele eletrônica. Quando colocado em camadas sobre as mãos protéticas, esta e-derme traz de volta uma sensação real de toque através das pontas dos dedos.

"Depois de muitos anos, Eu senti minha mão, como se uma concha vazia se enchesse de vida novamente, "diz o amputado anônimo que serviu como o principal testador voluntário da equipe.

Feito de tecido e borracha com sensores para imitar as terminações nervosas, e-dermis recria uma sensação de toque, bem como dor, sentindo estímulos e retransmitindo os impulsos de volta para os nervos periféricos.

"Fizemos um sensor que passa pelas pontas dos dedos de uma prótese de mão e age como sua própria pele, "diz Luke Osborn, um estudante de graduação em engenharia biomédica. "É inspirado pelo que está acontecendo na biologia humana, com receptores para toque e dor.

"Isso é interessante e novo, "Osborn disse, "porque agora podemos ter uma mão protética que já está no mercado e encaixá-la com uma derme que pode dizer ao usuário se ele está pegando algo que é redondo ou se tem pontas afiadas."

O trabalho - publicado em 20 de junho na revista Ciência Robótica - mostra que é possível restaurar uma variedade de naturais, sentimentos baseados no toque para amputados que usam membros protéticos. A capacidade de detectar a dor pode ser útil, por exemplo, não apenas em mãos protéticas, mas também em próteses de membros inferiores, alertando o usuário sobre possíveis danos ao dispositivo.

A pele humana contém uma rede complexa de receptores que transmitem uma variedade de sensações para o cérebro. Esta rede forneceu um modelo biológico para a equipe de pesquisa, que inclui membros dos departamentos de Engenharia Biomédica da Johns Hopkins, Engenharia Elétrica e de Computação, e Neurologia, e do Singapore Institute of Neurotechnology.

Trazer um toque mais humano aos designs protéticos modernos é fundamental, especialmente quando se trata de incorporar a capacidade de sentir dor, Osborn diz.

"Dor é, claro, desagradável, mas também é essencial, sensação de toque protetora que falta nas próteses que estão atualmente disponíveis para amputados, ", diz ele." Avanços nos designs de próteses e mecanismos de controle podem ajudar a capacidade de um amputado de recuperar a função perdida, mas muitas vezes carecem de sentido, feedback ou percepção tátil. "

É aí que entra a e-derme, transmitir informações ao amputado, estimulando os nervos periféricos do braço, fazendo o chamado membro fantasma ganhar vida. O dispositivo e-derme faz isso estimulando eletricamente os nervos do amputado de uma forma não invasiva, através da pele, diz o autor sênior do artigo, Nitish Thakor, professor de engenharia biomédica e diretor do Laboratório de Instrumentação Biomédica e Neuroengenharia da Johns Hopkins.

"Pela primeira vez, uma prótese pode fornecer uma variedade de percepções, de toque delicado a nocivo a um amputado, tornando-o mais parecido com uma mão humana, "diz Thakor, co-fundador da Infinite Biomedical Technologies, a empresa com sede em Baltimore que forneceu o hardware protético usado no estudo.

Inspirado pela biologia humana, o e-dermis permite que seu usuário sinta um espectro contínuo de percepções táteis, de toque leve a estímulos nocivos ou dolorosos. A equipe criou um "modelo neuromórfico" que imita os receptores de toque e dor do sistema nervoso humano, permitindo que a e-derme codifique eletronicamente as sensações, assim como os receptores na pele fariam. Rastrear a atividade cerebral por meio de eletroencefalografia, ou EEG, a equipe determinou que a cobaia foi capaz de perceber essas sensações em sua mão fantasma.

Os pesquisadores então conectaram a saída da e-derme ao voluntário usando um método não invasivo conhecido como estimulação elétrica nervosa transcutânea. ou TENS. Em uma tarefa de detecção de dor, a equipe determinou que a cobaia e a prótese foram capazes de experimentar uma experiência natural, reação reflexa à dor ao tocar um objeto pontiagudo e à ausência de dor ao tocar um objeto redondo.

A e-derme não é sensível à temperatura - para este estudo, a equipe se concentrou na detecção da curvatura do objeto (para percepção de toque e forma) e nitidez (para percepção de dor). A tecnologia e-dermis poderia ser usada para tornar os sistemas robóticos mais humanos, e também pode ser usado para expandir ou estender para luvas de astronautas e trajes espaciais, Osborn diz.

Os pesquisadores planejam desenvolver a tecnologia e entender melhor como fornecer informações sensoriais significativas para amputados na esperança de tornar o sistema pronto para uso generalizado de pacientes.

Johns Hopkins é um pioneiro no campo das próteses destras de membros superiores. Mais de uma década atrás, o Laboratório de Física Aplicada da universidade liderou o desenvolvimento do membro protético modular avançado, que um paciente amputado controla com os músculos e nervos que antes controlavam seu braço ou mão real.

Além do financiamento do Space @ Hopkins, que promove a colaboração relacionada ao espaço entre as divisões da universidade, a equipe também recebeu bolsas do Programa de Pós-Graduação do Laboratório de Física Aplicada e da Iniciativa de Treinamento de Neuroengenharia do Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Bioengenharia do National Institutes of Health sob a bolsa T32EB003383.

A e-derme foi testada ao longo de um ano em um amputado que foi voluntário no Laboratório de Neuroengenharia da Johns Hopkins. O sujeito freqüentemente repetia o teste para demonstrar percepções sensoriais consistentes através da e-derme. A equipe trabalhou com outros quatro voluntários amputados em outros experimentos para fornecer feedback sensorial.