Một phát hiện tình cờ“Khi chạm vào chỗ gốc tay cụt, tôi cảm thấy ngứa ngáy ở bàn tay đã mất, bàn tay ma ấy. Nhưng cảm nhận được nhiệt độ thay đổi là một điều khác hẳn, cảm giác ấy thật quan trọng… thật kỳ diệu”, chị Francesca Rossi chia sẻ.
Chị Rossi tới từ Bologna, Ý, là một người bị cụt mất bàn tay. Mới đây, chị đã tham gia một nghiên cứu để kiểm tra tác động của phản hồi nhiệt trực tiếp lên làn da ở phần cánh tay còn lại. Rossi là một trong 17 bệnh nhân cảm nhận được nhiệt độ thay đổi ở bàn tay đã mất nhờ công nghệ mới của Viện EPFL, Thụy Sĩ.
“Phản hồi nhiệt là một cảm giác tuyệt vời bởi vì bạn hoàn toàn cảm nhận được bàn tay ma đó. Nó không còn là ảo giác nữa bởi vì phần chi đó đã quay lại rồi”, chị Rossi xúc động cho biết.
Làm sao kết hợp phản hồi cảm giác mới vào chân tay giả để những người khuyết chi có cảm giác chân thực hơn là mục tiêu nghiên cứu của hai nhà khoa học Silvestro Micera và Solaiman Shokur. Và trong nghiên cứu mới nhất tập trung vào nhiệt độ, họ đã tình cờ phát hiện ra một phản hồi nhiệt vượt xa mọi mong đợi.
Khi cung cấp phản hồi nhiệt không xâm lấn thông qua các điện cực nhiệt đặt trên làn da của phần cánh tay còn lại, những người khuyết chi như chị Rossi cho biết là họ cảm thấy được nhiệt độ ở bàn tay ma. Họ có thể cảm nhận được vật thể là nóng hay lạnh, biết được là họ đang chạm vào vật liệu đồng, nhựa hay thủy tinh. Trong một thử nghiệm hợp tác giữa Viện EPFL, Trường nghiên cứu nâng cao Sant’Anna (SSSA) và Trung tâm chân tay giả Centro Protesi Inail thuộc Ý, 17 trên 27 bệnh nhân tham gia thử nghiệm công nghệ này đã cảm nhận được cảm giác nhiệt ở phần chi bị mất giống hệt như ở phần chi còn nguyên vẹn.
Hướng tới cảm ứng sinh học thực tếViệc mang lại cảm nhận nhiệt cho chi ma đã dẫn tới sự phát triển của một công nghệ sinh học mới mang lại phản hồi nhiệt không xâm lấn cho các bộ phận giả, cho phép những người khuyết tật phân biệt được thứ mà họ chạm vào.
Giáo sư Micera tại EPFL và SSSA, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Phản hồi nhiệt là thứ thiết yếu cho việc chuyển tiếp thông tin vượt ra ngoài sự tiếp xúc, nó mang lại cảm xúc. Chúng ta là sinh vật xã hội, sự ấm áp là một phần quan trọng của điều đó, như khi bắt tay chẳng hạn. Lần đầu tiên, sau nhiều năm miệt mài nghiên cứu, chúng tôi đã chứng minh là có thể thành công mang lại thông tin từ cảm giác tiếp xúc. Chúng tôi hình dung về khả năng khôi phục mọi cảm giác phong phú mà bàn tay vốn có của con người có thể mang lại”.
Phản hồi nhiệt, từ sức khỏe đến chân tay giảVài năm trước, các nhà nghiên cứu Micera và Shokur đã nghe phong thanh về một hệ thống có thể mang lại phản hồi nhiệt qua da của đối tượng khỏe mạnh, nó cũng được phát triển tại Viện EPFL và sau này được tách ra nghiên cứu ở công ty Metaphysiks.
Metaphysiks đã phát triển một công nghệ xúc giác thần kinh có tên là MetaTouch để kết nối cơ thể với thế giới số. Nó kết hợp cảm ứng và phản hồi nhiệt để tăng cường sản phẩm vật lý cho sức khỏe.
“Bước đột phá này đã thể hiện rõ trợ lực của công nghệ kích thích xúc giác trong việc cải thiện tình trạng bệnh lý, đồng thời nâng cao chất lượng cuộc sống cho người khuyết tật”, ông Simon Gallo, Đồng sáng lập và Trưởng phòng Công nghệ tại Metaphysiks cho biết.
Các kỹ sư thần kinh thuộc Viện EPFL đã mượn MetaTouch để thử nghiệm trên làn da của người sử dụng. Ở những người không khuyết chi, khi một vật thể nóng hay lạnh được đặt lên cẳng tay, họ sẽ cảm nhận được nhiệt độ tại nơi tiếp xúc. Tuy nhiên, điều này lại không xảy ra ở những người cụt chi. Khi sử dụng MetaTouch, các nhà nghiên cứu phát hiện ra nhiệt độ tiếp xúc với phần tay còn lại sẽ được cảm nhận ở bàn tay ma. Cơ chế mới này được họ gọi là “cảm giác nhiệt ảo”. Họ đã sử dụng hiện tượng này để thử nghiệm ở 27 người khuyết tật.
Nguyên mẫu Minitouch và thử nghiệmĐể nghiên cứu, hai nhà nghiên cứu Shokur và Micera đã phát triển MiniTouch, một thiết bị cung cấp phản hồi nhiệt. MiniTouch được chế tạo riêng để tích hợp vào các thiết bị đeo được như chân tay giả. Nhà nghiên cứu sẽ đặt thiết bị gồm một cảm biến mỏng, có thể đeo được lên ngón tay giả của người bị cụt chi, và các điện cực bắt chước cảm giác trên phần cánh tay còn lại. Khi cảm biến trên ngón tay giả chạm vào vật thể, thì các điện cực trên phần cánh tay còn lại sẽ chuyển tiếp nhiệt độ của vật thể đó, tạo ra “ảo giác trên các ngón tay bị mất là nhiệt độ đang nóng lên hay lạnh đi”. Nếu vật thể là kim loại thì tự nhiên cảm giác nhiệt mà nó truyền về sẽ tốt hơn vật thể bằng nhựa.
Trong thí nghiệm, họ đã che mắt của tình nguyện viên đeo thiết bị trên gốc tay cụt, dùng cảm biến chạm vào các vật thể và kỳ vọng là họ sẽ cho biết cảm nhận trên gốc tay đó. Nhưng thay vào đó, tình nguyện viên lại chỉ vào một vị trí trên hình vẽ bàn tay ở trước mặt và cho biết họ cảm thấy ở đó. Các nhà nghiên cứu đã hỏi lại vài lần để làm rõ ý, và người tham gia cho biết họ cảm thấy nhiệt độ ở bàn tay đã mất.
“Khi trình bày về khả năng lấy lại cảm giác nhiệt trên chi ảo hay khả năng cảm nhận được khi tiếp xúc với các vật liệu khác nhau, chúng ta đã thu về được rất nhiều phản hồi tích cực. Và cuối cùng, chúng tôi đã có hơn 25 tình nguyện viên đồng ý tham gia trong chưa đầy hai năm”, ông Federico Morosato, chịu trách nhiệm tổ chức khía cạnh lâm sàng của các thử nghiệm tại Trung tâm Centro Protesi Inail cho biết.
Các nhà khoa học phát hiện thấy một số vùng da nhỏ trên phần cánh tay còn sót lại có thể ánh xạ tới những bộ phận cụ thể của bàn tay ma, như là ngón cái hoặc đầu ngón trỏ. Đúng như dự đoán, họ phát hiện ra mỗi một bệnh nhân lại có vị trí cảm nhận nhiệt giữa phần cánh tay còn lại và toàn bộ bàn tay ma ánh xạ khác nhau.
Bộ phận giả sinh học để hồi phục cơ thể con ngườiGần mười năm trước đây, giáo sư Micera và các đồng nghiệp đã mang lại phản hồi theo thời gian thực về vật thể được cầm nắm cho người khuyết tật. Họ tiếp tục cải thiện độ nhạy bén của xúc giác bằng cách cung cấp phản hồi về kết cấu của vật thể và thông tin về vị trí theo cách đáng tin cậy. Hơn thế nữa, họ phát hiện ra những người khuyết chi bắt đầu kết hợp với bàn tay giả nếu họ được cung cấp phản hồi cảm giác trực tiếp vào hệ thần kinh còn nguyên vẹn.
Cảm giác phản hồi nhiệt được thêm vào này là một bước tiến nữa hướng tới việc xây dựng bộ phận giả sinh học nhằm phục hồi cơ thể con người. Các nhà nghiên cứu cho biết, bước tiếp theo sẽ là tinh chỉnh các cảm giác nhiệt và tích hợp chúng vào một thiết bị đeo được, và thiết bị này sẽ được thiết kế dành riêng cho từng bệnh nhân.