新型电子皮肤问世!可感知即时疼痛,或用于皮肤移植、修复和智能机器人

科学
新型电子皮肤问世!可感知即时疼痛,或用于皮肤移植、修复和智能机器人
麻省理工科技评论 2020-09-02

2020-09-02

这是一种可以 “复制” 人类皮肤感知疼痛方式的原型设备
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这是一种可以 “复制” 人类皮肤感知疼痛方式的原型设备

近日,来自澳大利亚的科学家开发了一种可以像真实皮肤那样对疼痛产生反应的电子人造皮肤,通过模仿人体的即时反馈响应,可以 “复制” 人类皮肤感知疼痛的方式,并能以与神经信号传送到大脑的相同速度对疼痛感觉做出反应。

这项技术为更好的修复术、更智能的机器人以及皮肤移植的非侵入性替代品提供了更多的可能。

这项新研究发表在《先进智能系统》(Advanced Intelligent Systems)杂志上,并申请了临时专利,由澳大利亚墨尔本皇家理工大学(RMIT University)的研究人员研发。

新型电子皮肤问世!可感知即时疼痛,或用于皮肤移植、修复

(来源:Wiley Online Library)

首席研究员 Madhu Bhaskaran 教授表示,这种疼痛感知原型是朝着下一代生物医学技术和智能机器人的重大进步。

皮肤,是人类身体最大的感觉器官,具有非常复杂的功能,可以在受到任何伤害时发送快速警报信号。虽然我们一直可以通过皮肤来感知事物,但疼痛反应只是在某个特定时刻才会发生,比如当我们触摸太热或太尖锐的东西时。直到现在,还没有任何电子技术能够真实地模拟人类的疼痛感。

这款人造皮肤突破了这一状况,当压力、温度达到令人痛苦的阈值时,它会立即做出反应。

在 Bhaskaran 看来,这是未来先进反馈系统发展的关键一步,人类或许可以借助这项技术制造出真正的智能假肢和智能机器人。

新型电子皮肤问世!可感知即时疼痛,或用于皮肤移植、修复

图 | 电子皮肤原型(来源:墨尔本皇家理工大学)

此外,除了疼痛感知原型,该研究团队还开发了使用可伸缩电子产品的设备,这些设备可以感知温度和压力的变化,并做出反应。

Bhaskaran 是 RMIT 功能材料和微系统小组的负责人之一,他表示,设计这三种功能原型,是为了以电子形式传递皮肤感知能力的关键特征。随着技术的进一步突破与发展,当传统方法不可行时,可伸缩人造皮肤有可能成为非侵入性皮肤移植的未来选择。“我们需要做进一步的探索,从而将这项技术整合到生物医学应用中,如今生物相容性、类皮肤伸缩性等基本原理都已经具备了。”

新型电子皮肤问世!可感知即时疼痛,或用于皮肤移植、修复

图 | 电子皮肤的概念图(来源:Ella Maru Studio)

这项研究主要结合了该团队此前申请的 3 项专利技术,即可伸缩电子设备、温度反应涂层和电子记忆细胞。

可伸缩电子设备如贴纸一样薄,它将氧化材料与生物相容的硅结合在一起,提供透明的、不易破损的、可穿戴的电子产品;温度反应涂层是一种比人的头发还要薄 1000 倍的自修饰涂层,其所用材料可以随温度的变化而变化;电子记忆细胞则可以模仿大脑使用长期记忆,来回忆和保留以前信息。

其中,压力传感器原型结合了可伸缩电子设备和长期电子记忆细胞,热传感器结合了温度反应涂层和电子记忆细胞,而疼痛传感器则集成了所有以上三种技术。

对此,医学博士 Ataur Rahman 表示,当压力、热量或疼痛达到一定的阈值时,每个原型内的记忆细胞都会触发一个反应。“实际上,我们已经通过复制人体神经元、神经通路和感受器等复杂系统的关键特征,研发出了第一个电子躯体传感器,我们可以借此感知感官的刺激。”

虽然利用一些现有技术,可以通过电信号来模拟不同程度的疼痛,但这款人造皮肤可以对真实的机械压力、温度和疼痛做出反应,并发出正确的电子响应。

这就意味着,这款人造皮肤可以分辨出手指轻轻触碰别针和用别针刺伤自己这两者之间的区别,而之前的电子设备是无法做到的。

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