Die Temperaturwahrnehmung scheint in unserem sozialen Leben eine besondere Bedeutung zu haben, sagt Emily Graczyk, Professorin für Biomedizintechnik an der Case Western Reserve University, die nicht an dieser Studie beteiligt war. In ihr ForschungGraczyk fand heraus, dass die Bereitstellung von sensorischem Feedback Prothesenträgern hilft, sich im Umgang mit anderen sicherer und wohler zu fühlen, und dass sich ihre künstlichen Gliedmaßen mehr wie ein Teil von ihnen selbst anfühlen. „Nichts würde Ihre Prothese menschlicher machen, als wenn sie tatsächlich die Wärme des Griffs einer anderen Person spüren würde“, fügt Weber hinzu.
Bei einer Amputation werden die Nerven durchtrennt, die einst Informationen zwischen Gehirn und Gliedmaßen übermittelten. Aber die Enden dieser Nerven können sich regenerieren. Wenn sie nachwachsen, innervieren sie jedes Gewebe, an dem sie sich festhalten können, beispielsweise die Haut am Restglied. Bei einer Person mit einer Amputation der oberen Gliedmaßen kann dies der Bereich direkt über dem Handgelenk oder dem Ellenbogen sein. Wenn man diese Haut mit Strom versorgt, kann es sich tatsächlich wie ein Schlag auf die Hand anfühlen. Dieser Weg vom Restarm zum Gehirn dient als „Fenster zur Übermittlung von Eingaben“, sagt Weber.
„Unser traditioneller Ansatz zur Wiederherstellung der Empfindungen bei Amputierten ist die elektrische Aktivierung“, sagt Osborn, indem wir einen Hautfleck mit einer kleinen Elektrode stimulieren. Nervenfasern, die auf mechanische Aspekte von Berührungen wie Druck und Vibration reagieren, sind dick und durch eine Myelinscheide isoliert, die verhindert, dass Strom austritt, wodurch sie leicht aktiviert werden können. Aber Nerven, die Informationen über die Temperatur übertragen, sind winzig und reagieren normalerweise nicht auf elektrische Stimulation. Laut Graczyk lässt sich die Temperatur am besten auf altmodische Weise spüren: mit einem heißen oder kalten Gegenstand wird das gesamte Spektrum der Hautrezeptoren aktiviert.
Damit Prothesenträger einen Frösteln verspüren, muss etwas ein ultraschnelles Temperatursignal (in weniger als einer halben Sekunde) mit einer Präzision im Subzentimeterbereich von der Prothese auf die Haut übertragen, um die Nerven zu aktivieren, die einst den Fingern der Person entsprachen. Rama Venkatasubramanian, der Cheftechnologe für Thermoelektrik im Johns Hopkins-Labor, war bereit für die Herausforderung. Er hat die letzten 25 Jahre damit verbracht, thermoelektrische Kühlgeräte für Infrarotsensoren und Satelliten zu entwickeln, aber er war besonders begeistert davon, etwas zu bauen, das den Menschen ein Kühlgefühl vermitteln könnte. „Nichts ist vergleichbar mit der Idee, menschliche Fähigkeiten zu ermöglichen“, sagt er.
Sie können ein thermoelektrisches Kühlgerät kaufen online sofort, wenn Sie möchten. Sie eignen sich hervorragend, um eine Überhitzung von Gamer-PCs zu verhindern, sind aber zu schwer und zu langsam, um schnelle biologische Prozesse nachzuahmen oder um sie den ganzen Tag herumzutragen. Venkatasubramanian wollte etwas Schnelles, Nicht-Invasives und Leichtes entwerfen. Also baute er ein winziges Gerät aus superdünnen Filmen (etwa 20 bis 25 Mikrometer dick, weniger als halb so breit wie ein menschliches Haar), die mithilfe von Elektronen Wärme von einer Schicht zur nächsten pumpen und so Kühle hinterlassen. Es ist wie ein winziger Kühlschrank mit bemerkenswerter Kraft und neuronenähnlicher Geschwindigkeit. (Stellen Sie sich einen Halbleiter mit dem Wärmefluss einer Raketendüse vor, während das andere Ende kühl gehalten wird, sagt Venkatasubramanian.) Nachdem er dies durch viele Tischexperimente bestätigt hat, sagt er: „Dies ist die weltweit schnellste, effizienteste und intensivste Kühlung in der Nähe.“ Zimmertemperatur.”