Các kỹ sư phát minh ra giao diện não-máy tính tiên tiến với microneedles

Các nhà nghiên cứu kỹ thuật tại Đại học California – San Diego đã phát minh ra một giao diện não-máy tính tiên tiến (BCI) bao gồm một lớp nền linh hoạt và có thể tạo khuôn, cũng như các vi kim xuyên thấu. Sự hỗ trợ linh hoạt cho phép BCI phù hợp đồng đều hơn với bề mặt cong phức tạp của não. Nó cũng cho phép BCI phân phối đồng đều hơn các vi kim xuyên qua vỏ não. 

Microneedles và sao lưu linh hoạt

Những chiếc kim siêu nhỏ này mỏng hơn 10 lần so với tóc người và chui ra khỏi lớp nền mềm dẻo. Sau đó, chúng xâm nhập vào bề mặt của mô não mà không xuyên qua các tiểu tĩnh mạch trên bề mặt. Các microneedlers có thể ghi lại tín hiệu từ các tế bào thần kinh trong vỏ não.

Hệ thống mới đã được thử nghiệm trên loài gặm nhấm và nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Vật liệu chức năng nâng cao. 

Nhóm nghiên cứu do giáo sư kỹ thuật điện Shadi Dayeh tại trường đại học dẫn đầu. Nó cũng bao gồm các nhà nghiên cứu từ Đại học Boston do giáo sư kỹ thuật y sinh Anna Devor dẫn đầu. 

Hệ thống này đã thể hiện hiệu suất ngang bằng với tiêu chuẩn vàng hiện có đối với BCI có kim xuyên thấu. Được gọi là “Utah Array”, tiêu chuẩn này đã được chứng minh là giúp ích cho những người bị chấn thương cột sống và nạn nhân đột quỵ. Họ có thể sử dụng suy nghĩ của mình để điều khiển tay chân robot và các thiết bị khác. 

Tính linh hoạt và phù hợp của BCI mới giúp đạt được sự tiếp xúc gần hơn giữa não và các điện cực, cho phép ghi lại các tín hiệu hoạt động của não tốt hơn và đồng nhất hơn. Cách thức mà BCI được xây dựng cho phép các bề mặt cảm biến lớn hơn, giúp nó theo dõi đồng thời một vùng bề mặt não lớn hơn. 

Trong các thí nghiệm, mảng kim siêu nhỏ xuyên thấu bao gồm 1,024 kim siêu nhỏ có thể ghi lại thành công các tín hiệu được kích hoạt bởi các kích thích chính xác từ não của chuột. Điều này có nghĩa là nó bao phủ diện tích não gấp mười lần so với các công nghệ hiện tại. 

BCI có lớp nền mềm cũng mỏng hơn và nhẹ hơn so với BCI truyền thống sử dụng lớp nền bằng kính. Loại tấm nền mới có thể làm giảm sự kích ứng của mô não tiếp xúc với dãy cảm biến. 

Các tấm nền linh hoạt cũng trong suốt, mà các nhà nghiên cứu cho biết có thể được tận dụng để thực hiện nghiên cứu khoa học thần kinh cơ bản liên quan đến các mô hình động vật mà nếu không thì sẽ không thể thực hiện được. 

Bàn tay robot với phản hồi xúc giác

Các nhà nghiên cứu nói rằng các mảng vi kim xuyên thấu với phạm vi bao phủ không gian lớn sẽ cần thiết để cải thiện BCI trong tương lai và cho phép chúng được sử dụng trong “các hệ thống vòng kín”. Điều này có thể giúp ích cho những người bị hạn chế nghiêm trọng về khả năng vận động và có thể kích hoạt phản hồi xúc giác cho người sử dụng bàn tay robot. 

Các cảm biến xúc giác trên bàn tay robot có thể cảm nhận được kết cấu, độ cứng và trọng lượng của vật thể. Họ sẽ ghi lại thông tin có thể được dịch thành các mẫu kích thích điện truyền qua các dây dẫn bên ngoài cơ thể đến BCI. Bộ não sẽ nhận thông tin trực tiếp từ các tín hiệu điện này về vật thể và sau đó người đó có thể điều chỉnh khả năng nắm bắt của họ dựa trên thông tin được cảm nhận.

Phòng thí nghiệm Dayeh đã phát minh ra nhiều cảm biến chiến thuật khác nhau có thể được sử dụng cho các ứng dụng này.