Учени от целия свят се стремят да пресъздадат работата на биологичните системи на човешкото тяло в изкуствени устройства. Особено трудна задача остава имитацията на нервната система, която изисква точно възпроизвеждане на множество фини процеси.
Група специалисти от Сианския транспортен университет и Техническия университет в Мюнхен постигнаха значителен напредък в тази насока: те успяха да създадат изкуствени нерви, които не само действат толкова бързо, колкото истинските, но и успешно взаимодействат с живите тъкани.
Основният проблем на предишните разработки бе невъзможността да функционират при естествените биологични честоти. Международният екип успя да намери решение, използвайки органични електрохимични транзистори, създадени с помощта на уникална техника. Дизайнът се базира на вертикалната архитектура на компонентите – те се нанасят последователно върху подготвена основа, създавайки композиция на няколко нива.
Градиентно-смесената двуконтактна организация на елементите е подобрила едновременно три критични параметъра: движението на йоните в механизма, електронната проводимост между нивата и времето за задържане на заряда. В предишните модели оптимизирането на едната характеристика неизбежно влошаваше останалите параметри, информира Kaldata.com.
Реакцията на входящия импулс отнема 27 микросекунди – толкова, колкото и естественият аналог. Паметта на устройството функционира на честота 100 килохерца, като незабавно усвоява и съхранява получените данни. Електронният нерв е в състояние да поддържа работното си състояние дълго време без загуба на информация, което гарантира надеждността на целия комплекс.
За максимално сходство с природния модел инженерите са свързали вертикално транзисторите от n-тип и p-тип. Получената конструкция, подобно на истинските неврони, приема сигнали с различна сила, анализира ги и запазва резултатите дори при пикови честоти.
В основата на стабилната работа е залегнал специален принцип на разпределение на заредените частици. Благодарение на него механизмът запазва ефективността си при всякакво натоварване и често превключване между режимите.
Лабораторни мишки с увредени нервни пътища станаха първите тестови обекти на новата технология. Живите тъкани приемат имплантите без ни най-малки признаци на отхвърляне. Най-изненадващото е, че електронните компоненти не само се вкореняват, но и започват да работят заедно с биологичната система на организма, като успешно участват във формирането на условни рефлекси.
Създателите на технологията виждат в нея спасение за пациентите със сериозни неврологични проблеми. Медицинските специалисти ще могат да възстановяват увредените участъци от периферните нервни влакна. Най-важното е, че имплантите ще могат да функционират в продължение на много години, без да предизвикват странични ефекти.
Разработката ще се превърне в основа за ново поколение бионични протези. Благодарение на мигновената обработка на сигналите тези крайници ще могат да се управляват със силата на мисълта – директно чрез мозъчните импулси. Хората с ограничена подвижност ще могат да се върнат към активен живот.
Въпреки това, преди да бъде въведена в клиничната практика, безопасността на системата ще трябва да бъде щателно тествана. За изследователите е важно да разберат как се държат електронните компоненти при продължителен контакт с различни видове тъкани и при различни телесни условия.
Планира се също така работа по комуникационните системи за напълно обездвижени пациенти. Техните мисловни команди ще бъдат преобразувани в сигнали за управление на електрониката. Това ще позволи на пациенти с особено тежки двигателни увреждания да използват самостоятелно компютри и домакински уреди.
За да може изобретението да се използва в болниците, учените трябва да започнат масово производство на компонентите. В същото време е важно да се запазят всички предимства на лабораторните образци: бързина на реакцията, точност на преноса на сигнала и стабилност. Цената също трябва да остане приемлива за медицинските институции. Но това все пак са второстепенни въпроси.
