Tradutor cérebro-sensor para próteses robóticas sensíveis

Vários grupos de pesquisas ao redor do mundo estão trabalhando no desenvolvimento de peles artificiais, ou peles eletrônicas.

Além de equipar robôs, elas poderão recobrir próteses que se tornarão sensíveis ao toque, transmitindo informações sensoriais em tempo real através de uma interface direta com o cérebro.

Para isso, contudo, é necessário "traduzir" os sinais dos sensores em sinais neurais, e vice-versa.

"Para restaurar a função sensório-motora de um braço, você precisa não apenas substituir os sinais motores que o cérebro envia para o braço para movê-lo, mas também é necessário substituir os sinais sensoriais que o braço envia de volta para o cérebro," explica Sliman Bensmaia, da Universidade de Chicago, nos Estados Unidos.

É justamente nisso que Bensmaia e seus colegas estão trabalhando, e com ótimos resultados.

Toque, pressão e tato

Em uma série de experimentos com macacos, cujos sistemas sensoriais se assemelham aos dos seres humanos, eles identificaram padrões de atividade neural que ocorrem durante a manipulação de objetos naturais e, em seguida, induziram esses padrões nos animais por meios artificiais.

Os animais responderam à estimulação artificial da mesma forma como o fazem com o contato físico real.

A seguir, o grupo centrou-se na sensação de pressão. Neste caso, eles desenvolveram um algoritmo para gerar a quantidade adequada de corrente elétrica para provocar sensações de diferentes níveis de pressão.

Também desta vez, a resposta dos animais foi a mesma, tanto com os estímulos naturais, quanto com os estímulos artificiais.

Finalmente, Bensmaia e seus colegas estudaram a sensação de contato. Quando a mão toca ou solta um objeto, ela gera um pico de atividade no cérebro. Novamente, os pesquisadores estabeleceram que estas explosões de atividade cerebral podem ser imitadas através da estimulação elétrica.

Dicionário de padrões neurais

O resultado do trabalho é um conjunto de instruções que pode ser incorporado em uma prótese de braço robótico para fornecer feedback sensorial para o cérebro através de uma interface neural.

Bensmaia acredita que esse feedback vai deixar estes dispositivos mais próximos dos ensaios clínicos em humanos.

"Os algoritmos para decifrar os sinais motores avançaram muito, e você pode agora controlar braços com sete graus de liberdade. É muito sofisticado, " disse ele.

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Microswimmers: os micro-robôs nadadores

Quando se tem o tamanho de uma nanopartícula, a água pode se tornar algo viscoso como o mel, ou seja: difícil de se transpor. Os microorganismos, ao longo da evolução, desenvolveram maneiras de vencer essa barreira, mas os emergentes micro-robôs ainda não. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Georgia estão desenvolvendo, através de modelos computacionais complexos, os chamados "microswimmers", robôs nadadores de escala nano que poderiam até mesmo conter uma carga e se guiar através de estímulos.

Estes "microswimmers" constituem de um corpo formado por uma espécie de hidrogel, com dois pequenos impelidores (análogos a nossos braços) e um impelidor semelhante a uma cauda que funciona através de estímulos. O corpo deste "microswimmer" sofre contração e expansão devido a oscilações de reações químicas e de campos elétricos ou magnéticos, ou ainda com os ciclos de mudança de temperatura. Estas contrações e expansões criam movimentos nos impelidores laterais do "microswimmer" e, combinado ao movimento do gel do corpo dele, cria-se assim um movimento para frente do robô.

O movimento então pode ser direcionado pelo impelidor da cauda, através de estímulos que podem ser de origem luminosa, por temperatura ou por campo magnético. Nas palavras de Alexander Alexeev, professor assistente da Escola de Engenharia Mecânica do Instituto Tecnológico de Georgia e coordenador do projeto "A combinação desses impelidores e da oscilação do corpo cria um belo movimento que nós acreditamos que possa ser usado para impulsionar o robô". Ele ainda complementa "Para construir um dispositivo que seja autônomo e tenha autopropulsão na escala micro, não podemos construir um pequeno navio. Nós temos que manter isso simples."

O hidrogel que constituí o corpo do "microswimmer" sofre alterações de volume cíclicas, e servem como "engrenagens químicas" que provém o movimento para os impelidores causarem a propulsão do robô. Esses materiais existem e vem sendo melhorados para diversas outras aplicações, o que pode se aplicar a este caso também.

Se estes "microswimmers" obtiverem sucesso em testes reais, eles poderão ser usados em diversas aplicações modernas da ciência, tanto na área da saúde como carreadores de drogas, como em outras áreas da engenharia, como micro-construtores e sistemas de chip com microfluidos. Será mais um avanço na próspera ciência da nanotecnologia.

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