Βιονικό αυτί από επιστήμονες του Princeton

Ευκόλως διαθέσιμα υλικά και εργαλεία και τις δυνατότητες που παρέχει η τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποίησε ομάδα επιστημόνων του πανεπιστημίου Princeton για να κατασκευάσει ένα πλήρως λειτουργικό αυτί, το οποίο μπορεί να «ακούει» συχνότητες πέρα από τις δυνατότητες της φυσιολογικής ανθρώπινης ακοής.

Ο κύριος στόχος του προγράμματος είναι η ανάπτυξη μίας αποτελεσματικής μεθόδου «σύνδεσης» ηλεκτρονικών με ιστό. Οι επιστήμονες, μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης κυττάρων και νανοσωματιδίων, σε συνδυασμό με καλλιέργεια κυττάρων, κατάφεραν να συνδυάσουν μία μικρή κεραία με χόνδρο, δημιουργώντας ένα «βιονικό» αυτί.
Σε δημοσίευμα του Science Daily, ο Μάικλ ΜακΑλπάιν, επίκουρος καθηγητής μηχανικής και αεροδιαστημικής μηχανολογίας του Princeton και επικεφαλής ερευνητής, κάνει λόγο για ύπαρξη μεγάλων προκλήσεων στο συγκεκριμένο αντικείμενο: «γενικά, υπάρχουν μηχανικές και θερμικές προκλήσεις όσον αφορά την αλληλεπίδραση ηλεκτρονικού υλικού με βιολογικό. Παλαιότερα, ερευνητές είχαν προτείνει κάποιες στρατηγικές για τη διαμόρφωση των ηλεκτρονικών έτσι ώστε η ‘συγχώνευση’ να είναι λιγότερο δύσκολη…ωστόσο, η δουλειά μας παρουσιάζει μία νέα προσέγγιση- την κατασκευή και καλλιέργεια της βιολογίας συνεργικά με τα ηλεκτρονικά, και σε τρισδιάστατη, συνδυασμένη μορφή».
Η ομάδα του ΜακΑλπάιν ασχολείται με το αντικείμενο εδώ και χρόνια, έχοντας συμβάλει στην κατασκευή ενός «τατουάζ» με βιολογικούς αισθητήρες και κεραία που μπορεί να τοποθετηθεί στην επιφάνεια ενός δοντιού, σε συνεργασία με ερευνητές του πανεπιστημίου Tufts. Ωστόσο, πρόκειται για την πρώτη απόπειρα της ομάδας να κατασκευάσει ένα πλήρως λειτουργικό όργανο, που όχι απλά μπορεί να μιμηθεί μία ανθρώπινη «ικανότητα», αλλά και να την ενισχύσει, μέσω ηλεκτρονικών.
Το σχετικό άρθρο δημοσιεύτηκε στο Nano Letters. Όπως αναφέρει η ομάδα, «ο σχεδιασμός και η χρήση βιονικών οργάνων και συσκευών που αυξάνουν τις ανθρώπινες δυνατότητες, τομέας γνωστός ως ‘cybernetics’, αποτελεί έναν τομέα ολοένα και αυξανόμενου επιστημονικού ενδιαφέροντος. Ο τομέας αυτός έχει τη δυνατότητα να παράγει ειδικά παραμετροποιημένα ανταλλακτικά μέλη για το ανθρώπινο σώμα, ή ακόμη και να δημιουργήσει όργανα με δυνατότητες πέρα από αυτές που παρέχει η ανθρώπινη βιολογία».

Η χρήση της τρισδιάστατης εκτύπωσης για τη δημιουργία οργάνων είναι ένα πρόσφατο επίτευγμα, με το οποίο ασχολούνται αρκετές ερευνητικές ομάδες τους τελευταίους μήνες, ωστόσο πρόκειται για την πρώτη φορά που αποδεικνύεται πως η 3D εκτύπωση είναι μία μέθοδος που ενδείκνυται για τον επιτυχή «συνδυασμό» ιστού με ηλεκτρονικά.
Το αυτί αποτελείται από μία κοχλιώδη κεραία μέσα σε μία δομή ιστού. Αν και ο ΜακΑλπάιν επισημαίνει πως απαιτείται περισσότερη δουλειά και δοκιμές πριν να γίνει δυνατή η χρήση της τεχνολογίας σε ασθενείς, εκτιμά ότι το αυτί θεωρητικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιδιόρθωση ή και την ενίσχυση της ακοής: τα ηλεκτρικά σήματα που παράγονται από το αυτί θα μπορούσαν να συνδεθούν με τα νεύρα του ασθενούς. Το αυτί αποτελείται από ένα μείγμα υδροτζέλ και κυττάρων μοσχαριούμ σε συνδυασμό με ασημένια νανοσωματίδια που σχηματίζουν την κεραία. Το παρόν σύστημα λαμβάνει ραδιοκύματα, αλλά στα σχέδια της ομάδας περιλαμβάνεται και η χρήση άλλων υλικών, που θα επιτρέπουν την αντίληψη ήχων.
Υποστήριξη στο πρόγραμμα παρείχαν η DARPA, το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας, τα ΝΙΗ (Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας) και το Grand Challenges Program του πανεπιστημίου Princeton. Σημαντική βοήθεια στο όλο project παρείχε και ο Ζιουέν Τζιάνγκ, μαθητής λυκείου, ο οποίος συμμετείχε στο πλαίσιο ενός προγράμματος συνεργασίας νεαρών ερευνητών με το εργαστήριο του ΜακΑλπάιν.