在人造皮膚和真皮膚之間架起感官的橋梁

"智能"修復(fù)學(xué)還有很長(zhǎng)的路要走。在人類中，基于皮膚的機(jī)械感受器和熱受體從環(huán)境中收集信息流，但不那么容易為需要更好功能的修復(fù)體的人創(chuàng)建人工皮膚以體驗(yàn)相同的效果。人類皮膚中的感覺(jué)受體將來(lái)自外部環(huán)境的觸覺(jué)和熱信號(hào)傳遞到大腦，然而在人工皮膚和修復(fù)術(shù)中這些感覺(jué)特征的復(fù)制也有其挑戰(zhàn)。用假手拿一個(gè)杯子是一件事;2如果能辨別它是燙的還是熱的,那是另一件事.現(xiàn)在，來(lái)自韓國(guó)和美國(guó)的科學(xué)家小組正在著手努力，為假肢學(xué)帶來(lái)更好的觸覺(jué)能力。

周二發(fā)表在自然通訊中的"用于皮膚假體的可拉伸硅納米帶電子部件"顯示，科學(xué)家們?cè)噲D彌合人工和真實(shí)皮膚之間的差距?？茖W(xué)家們?cè)谥圃烊嗽炱つw方面遇到了困難，因?yàn)樵谏煺剐?、檢測(cè)范圍和時(shí)空分辨率方面的限制，人類皮膚會(huì)感覺(jué)到什么。撰寫(xiě)本文的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得了進(jìn)展。

MIT技術(shù)審查首席記者DavidTalbot周二表示，該材料是一款旨在模仿真實(shí)皮膚的彈性和高分辨率感官功能的聚合物。作者報(bào)告了一種具有超薄單晶硅納米帶(SINR)應(yīng)變、壓力和溫度傳感器陣列的可拉伸假體皮膚。其結(jié)果是具有多模態(tài)傳感能力的人造皮膚。他們寫(xiě)了那個(gè)"與可拉伸濕度傳感器和熱致動(dòng)器集成的SINR機(jī)械和溫度傳感器陣列能夠高靈敏度、寬的檢測(cè)范圍和用于假體系統(tǒng)的機(jī)械耐久性。"

CNET助理編輯MichelleStarr對(duì)這項(xiàng)研究的意義發(fā)表了評(píng)論：她說(shuō)，在壓力陣列旁邊的"在生物醫(yī)學(xué)工程師Dae-HyeongKim的領(lǐng)導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種可以在整個(gè)假體上伸展的皮膚，其應(yīng)用并不僅僅局限于壓力。它嵌入了超薄、單晶硅膠納米帶，可實(shí)現(xiàn)傳感器陣列。"是溫度陣列和相關(guān)的濕度傳感器、應(yīng)變傳感器、電阻加熱器和可拉伸的多電極陣列，用于神經(jīng)刺激。Talbot說(shuō)，雖然可拉伸傳感材料已經(jīng)開(kāi)發(fā)一段時(shí)間了，但這是"但最敏感的材料卻高達(dá)每平方毫米400個(gè)傳感器。"技術(shù)審查的附帶標(biāo)題，它顯示了一種由帶有可拉伸金和硅傳感器的材料層組成的裝有電子的手套。

Talbot描述了團(tuán)隊(duì)的工作方式："他們使用運(yùn)動(dòng)捕捉相機(jī)來(lái)研究真實(shí)手如何移動(dòng)和伸展，然后將不同的硅形狀施加到假體皮膚上的不同點(diǎn)，以適應(yīng)該拉伸性。"，他說(shuō)，"他們?cè)黾恿艘粚訄?zhí)行器，使其加熱到與人體皮膚大致相同的溫度。"

在這項(xiàng)研究中，作者展示了一張具有代表性的智能人造皮膚的照片，其中包含了可伸縮的集成傳感器和執(zhí)行器，覆蓋了假手的整個(gè)表面積。他們還展示了有代表性的手動(dòng)作，例如握緊拳頭、彎曲和傾斜手腕的動(dòng)作。假手和疊層電子皮膚可以進(jìn)行復(fù)雜的操作，如握手、敲擊鍵盤(pán)、抓球、喝一杯熱/冷飲料、接觸干燥/潮濕的表面以及人與人的接觸。

進(jìn)一步探討

人類皮膚中的抽象感覺(jué)感受器向大腦傳遞來(lái)自外部環(huán)境的觸覺(jué)和熱信號(hào)的財(cái)富。盡管我們?cè)诶斫鈾C(jī)械和熱感覺(jué)方面取得了進(jìn)步，但在人工皮膚和修復(fù)術(shù)中復(fù)制這些獨(dú)特的感覺(jué)特征仍然具有挑戰(zhàn)性。最近努力開(kāi)發(fā)智能修復(fù)術(shù)，利用剛性和/或半柔性壓力、應(yīng)變和溫度傳感器，為載有傳感器的仿生系統(tǒng)提供有前景的途徑，但具有有限的拉伸性、檢測(cè)范圍和時(shí)空分辨率。在此，我們展示了具有超薄、單晶硅納米帶應(yīng)變、壓力和溫度傳感器陣列以及相關(guān)濕度傳感器、電阻加熱器和用于神經(jīng)刺激的可拉伸多電極陣列的智能假體皮膚。這種可拉伸的傳感器和致動(dòng)器的收集有助于響應(yīng)外部刺激而高度定位的機(jī)械和熱的皮膚樣感覺(jué)，從而為新興的假體和外周神經(jīng)系統(tǒng)接口技術(shù)提供獨(dú)特的機(jī)會(huì)。