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智能皮肤给假肢患者带来触觉体验

发布时间:2019-08-15 19:28:38

  科学家们发明了一种仿真的假肢皮肤,如同真正的皮肤那般温热有弹性。其内镶嵌了微型传感器用于收集诸如温度,气压和湿度等环境信号。尽管言之尚早,理想的情况是仿真假肢皮肤在未来经过发展,可以将感官信息传送给截肢者的大脑从而让他们能够体验到假肢的感受。

  最近,假肢技术有了飞跃式的发展。科学家们利用 D打印制造出的人工手臂,其使用者可通过神经或者大脑来进行控制。他们甚至还设计出了有自愈能力的,或者灵敏度超过人体皮肤1000倍的假肢皮肤。

  这一切听起来的确非常令人向往,而使用带仿真皮肤的假肢将可能遭遇问题。使用者将无法感知危险的高温物品,同时由于握力较弱,拿在手上的东西也很容易掉地上。此外,智能假肢装具备多种传感器会较为僵化且容易折损,从而在灵活性上面不及真实的四肢。这些问题就是来自美国和韩国的科学家们想要解决的,他们设计出的智能仿真皮肤想要模仿真实皮肤的延展性,和高辨识率的传感能力。

  正如Nature Communications 所描述的那样,智能皮肤的组成成分是有弹性的、透明的聚二甲硅氧烷(PDMS)。这种用于覆盖假肢的透明硅树脂材料镶满了传感器。用硅纳米带制作为蛇形传感器能够承受更大的拉力,且在被拉伸或者挤压时,不仅能产生电反馈信号,还可以探测表面的冷热。材料中的迷你电容器使得智能皮肤可以探测湿度。

  为了测试这种材料探测湿度的能力,研究者们起初将人造皮肤与商用传感器所探测的湿度读数相比较,发现两者十分接近。研究者进行下一步测试,他们将湿度传感器戳进不同湿度的尿片里,毫无疑问,包裹了智能皮肤的义肢可以告诉你哪里是湿的哪里是干的。

  他们在智能皮肤里安装的发热装置让其与人体温度相匹配,以求其更接近真实的皮肤。团队将真实的手的活动拍摄成片,用以指导皮肤的设计。像手指尖这些不太能被拉扯到的地方,他们会放置多一些的传感器,而诸如腕关节之类的动作较多的地方,则侧重于灵活性。

  尽管在这里智能皮肤听起来很酷,但这一切的前提是传感器信息能够被传递到使用者的大脑。研究团队将皮肤与神经刺激电极相连接在老鼠身上测试。尽管他们发现数据都被成功传递给老鼠,但是不知道老鼠能感受诸如温度和压力等刺激达到哪种程度。除此之外,这些电极现在并不适用于人体,故研究者们也想要通过在大型动物身上的研究来升级相关设备。

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