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Elektronische Haut : Die Prothese mit Feingefühl

  • -Aktualisiert am

Eine künstliche elektronische Haut verhilft einer Prothese zu Feingefühl. Bild: Bao Lab, Stanford

Eine künstliche Haut gespickt mit Elektronik soll Prothesen das Fühlen und Ertasten beibringen. Signale von äußeren Druckreizen werden bereits an lebende Nervenzellen einer Maus weitergeleitet und dort verarbeitet.

          Es ist ein weiterer Schritt zu einer gefühlsechten Normalität: Wie einst Luke Skywalker in „Star Wars“ könnten Menschen mit Armprothesen in Zukunft sensitive Aufgaben ausführen, so als wären es ihre echten Hände. Nachdem südkoreanische Forscher kürzlich eine künstliche Haut für Prothesen präsentierten, die Berührungen spüren und Temperaturen wahrnehmen kann, hat eine Forschergruppe von der Stanford University in Kalifornien dieses Forschungsfeld jetzt auf die nächste Ebene befördert. Sie haben eine elektronische Haut entwickelt, die Druckreize registriert  und die Signale an Nervenzellen weiterleitet, die sie verarbeiten.     

          Bilderstrecke

          Seit langem versucht man Materialien zu entwickeln, die eine Art Tastsinn vermitteln können. Doch haben die Bemühungen bisher nur zu keinen wirklich befriedigenden Ergebnissen geführt. Im Jahr 2010 hatten Wissenschaftler von der University of California in Berkeley erste Erfahrungen bei der Entwicklung einer künstlichen Haut mit „Feingefühl“ gesammelt. Ihr Prototyp war jedoch nicht ausgereift. Ausgehend von diesen Arbeiten, ist den Forschern von der Stanford University jetzt ein großer Fortschritt gelungen. In einer Studie, die in der Zeitschrift „Science“ erschienen ist, stellen Benjamin Tee und seine Kollegen eine Kunsthaut vor, die mechanischen Druck in verschiedenen Stärken empfinden kann. Der Clou: Den Forschern ist es erstmals gelungen, die registrierten Tastsignale an Nervenzellen einer Maus weiterzuleiten.

          Vom Druckreiz zum neuronalen Impuls

          Das Herzstück der Kunsthaut ist eine aus zwei Schichten bestehende Folie. In der oberen Schicht sind Millionen von nanometergroßen Röhrchen aus Kohlenstoff eingebracht, die sich zusammenziehen und ihren elektrischen Widerstand ändern, wenn auf ihnen ein äußerer Druck wirkt. Speziell entwickelte flexible Sensoren registrieren das Ausmaß der Komprimierung und ermittelt die Stärke des Drucks. Die entsprechenden elektrischen Signale werden dann an die untere Schicht weitergeleitet, welche die Informationen in Lichtsignale umwandelt, die von speziellen Proteinen verstanden werden können. Um die Funktionsweise zu testen, haben die Wissenschaftler um Tee sogenannte optogenetische Proteine entwickelt, die Lichtsignale aufnehmen und die Neuronen einer Hirnzelle damit stimulieren können.

          Mit genetisch veränderten Neuronen einer Maus, die man zuvor in einer Petrischale gezüchtet hatte,  wurde dann ein Teil des menschlichen Nervensystems simuliert. Dank der Proteine wurden die registrierten Lichtimpulse in ein neuronales Druckempfinden umgewandelt. Das Besondere an der künstlichen Haut ist der Umstand, dass sie ohne Schwierigkeiten mit weiteren Schichten erweitert werden kann, um etwa das Fühlen von Wärme und Kälte hinzufügen zu  können. Bis zur Kopplung der elektronischen Haut an das Nervensystem von Mäusen oder gar von Menschen, ist es indes noch ein weiter Weg. So werden selbst modernste Prothesen noch länger ohne Tastsinn auskommen müssem.

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