„E-Haut“ lässt Prothesen-Träger wieder Druck und Wärme fühlen

Dank einer weichen, künstlichen „E-Haut“ könnten Menschen mit Prothesen wieder Druck und Wärme fühlen – wie bei einer biologischen Haut. Forscher sehen dank der neuen Technologie immense Möglichkeiten.

Unser Tastsinn hilft uns, das zarte Gewicht eines Schmetterlings auf unserem Finger zu spüren, und schützt uns, etwa wenn wir eine heiße Oberfläche berühren. Zudem sind die Rezeptoren unserer Haut auch wichtig für unsere Kommunikation: zum Beispiel, wenn wir jemanden umarmen, zum Trost streicheln oder eine Hand drücken. Menschen mit Prothesen hingegen müssen zum Teil ohne solche Empfindungen zurechtkommen. „Auch einfache Aufgaben wie das Greifen eines Objekts werden für diese Patienten zur Herausforderung“, sagt Tsuyoshi Sekitani, Forscher an der Stanford University, USA in einer Pressemitteilung.

Forscher entwickeln E-Haut, die Druck und Wärme wahrnimmt

Die Wahrnehmungsfähigkeit der biologischen Haut nachzubauen – also eine künstliche Haut zu konstruieren, die Druck oder Wärme wahrnehmen und an das Nervensystem weitergeben kann –, war bislang nur mit einer relativ starren Elektronik gelungen. Doch Tsuyoshi Sekitani und seine Kolleginnen und Kollegen haben nun erstmals die nötigen Bestandteile für eine vollständig weiche künstliche Haut entwickelt, die diese Tastreize wahrnimmt und weitergibt. Dabei ist sie so dünn wie die äußere Hautschicht. Ihr System enthält vollständig dehnbare elektronische Komponenten, die Reize wie Druck oder Temperatur in elektrische Impulse umwandeln, und künstliche Synapsen, um mit dem Gehirn zu kommunizieren.

Wie die Wissenschaftler in ihrer Veröffentlichung in „Science“ schreiben, ist die entscheidende Komponente des Hautsystems ein dehnbarer Transistor, der aus drei Lagen flexibler Kunststoffe mit geeigneten elektrischen Eigenschaften besteht. Anders als bisher verfügbare flexible Transistoren können sie mit einer sehr niedrigen Spannung von nur 0,5 Volt betrieben werden. „Ein Großteil der Herausforderung bestand darin, die hautähnlichen elektronischen Materialien so weiterzuentwickeln, dass sie in Schaltkreise integriert werden können, die komplex genug sind, um nervenähnliche Impulsfolgen zu erzeugen,“ sagt Weichen Wang, Erstautor der Veröffentlichung. „Zudem muss die Betriebsspannung niedrig genug sein, damit die künstliche Haut sicher am menschlichen Körper eingesetzt werden kann.“

Immense Möglichkeiten für Prothesen

Die zweite Komponente, die diese Schaltkreise und Sensoren mit dem biologischen Nervensystem verbindet, ist eine künstliche Synapse. Sie besteht ebenfalls aus einem Transistor aus Kunststoffen, allerdings gehört sie nicht zu einem Schaltkreis, sondern regelt den Stromfluss zu einer Elektrode, die an einem Muskel anliegt.

Dass ihr Hautsystem funktioniert, haben die Forscherinnen und Forscher an Ratten gezeigt: Signale, die von der E-Haut erzeugt wurden, waren in der Lage, neuronale Entladungen im motorischen Kortex der Tiere auszulösen. Die Tiere reagierten auf diese Reize mit Muskelzuckungen im Bein. Laut den Forscherinnen und Forschern verspricht ihre künstliche E-Haut immense Möglichkeiten für neuartige Gliedmaßenprothesen. Letztere könnten so nicht nur Bewegungen und Funktionen wie das Greifen wiederherstellen, sondern auch sensorische Rückmeldungen liefern, die dem Benutzer helfen, die Prothese präziser zu steuern. Die artifizielle Haut könnte auch bei neuartigen Robotern oder medizinischen Geräten eingesetzt werden, so die Wissenschaftler.

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Das Original zu diesem Beitrag „„E-Haut“ lässt Prothesen-Träger wieder Druck und Wärme fühlen“ stammt von Spektrum.de.

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