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在人造皮肤和真皮肤之间架起感官的桥梁

发布时间:2019-12-04 11:29:50来源:66378游戏网作者:


"智能"修复学还有很长的路要走。在人类中,基于皮肤的机械感受器和热受体从环境中收集信息流,但不那么容易为需要更好功能的修复体的人创建人工皮肤以体验相同的效果。人类皮肤中的感觉受体将来自外部环境的触觉和热信号传递到大脑,然而在人工皮肤和修复术中这些感觉特征的复制也有其挑战。用假手拿一个杯子是一件事;2如果能辨别它是烫的还是热的,那是另一件事.现在,来自韩国和美国的科学家小组正在着手努力,为假肢学带来更好的触觉能力。

周二发表在自然通讯中的"用于皮肤假体的可拉伸硅纳米带电子部件"显示,科学家们试图弥合人工和真实皮肤之间的差距。科学家们在制造人造皮肤方面遇到了困难,因为在伸展性、检测范围和时空分辨率方面的限制,人类皮肤会感觉到什么。撰写本文的团队已经取得了进展。

MIT技术审查首席记者DavidTalbot周二表示,该材料是一款旨在模仿真实皮肤的弹性和高分辨率感官功能的聚合物。作者报告了一种具有超薄单晶硅纳米带(SINR)应变、压力和温度传感器阵列的可拉伸假体皮肤。其结果是具有多模态传感能力的人造皮肤。他们写了那个"与可拉伸湿度传感器和热致动器集成的SINR机械和温度传感器阵列能够高灵敏度、宽的检测范围和用于假体系统的机械耐久性。"

CNET助理编辑MichelleStarr对这项研究的意义发表了评论:她说,在压力阵列旁边的"在生物医学工程师Dae-HyeongKim的领导下,团队开发了一种可以在整个假体上伸展的皮肤,其应用并不仅仅局限于压力。它嵌入了超薄、单晶硅胶纳米带,可实现传感器阵列。"是温度阵列和相关的湿度传感器、应变传感器、电阻加热器和可拉伸的多电极阵列,用于神经刺激。Talbot说,虽然可拉伸传感材料已经开发一段时间了,但这是"但最敏感的材料却高达每平方毫米400个传感器。"技术审查的附带标题,它显示了一种由带有可拉伸金和硅传感器的材料层组成的装有电子的手套。

Talbot描述了团队的工作方式:"他们使用运动捕捉相机来研究真实手如何移动和伸展,然后将不同的硅形状施加到假体皮肤上的不同点,以适应该拉伸性。",他说,"他们增加了一层执行器,使其加热到与人体皮肤大致相同的温度。"

在这项研究中,作者展示了一张具有代表性的智能人造皮肤的照片,其中包含了可伸缩的集成传感器和执行器,覆盖了假手的整个表面积。他们还展示了有代表性的手动作,例如握紧拳头、弯曲和倾斜手腕的动作。假手和叠层电子皮肤可以进行复杂的操作,如握手、敲击键盘、抓球、喝一杯热/冷饮料、接触干燥/潮湿的表面以及人与人的接触。

进一步探讨

人类皮肤中的抽象感觉感受器向大脑传递来自外部环境的触觉和热信号的财富。尽管我们在理解机械和热感觉方面取得了进步,但在人工皮肤和修复术中复制这些独特的感觉特征仍然具有挑战性。最近努力开发智能修复术,利用刚性和/或半柔性压力、应变和温度传感器,为载有传感器的仿生系统提供有前景的途径,但具有有限的拉伸性、检测范围和时空分辨率。在此,我们展示了具有超薄、单晶硅纳米带应变、压力和温度传感器阵列以及相关湿度传感器、电阻加热器和用于神经刺激的可拉伸多电极阵列的智能假体皮肤。这种可拉伸的传感器和致动器的收集有助于响应外部刺激而高度定位的机械和热的皮肤样感觉,从而为新兴的假体和外周神经系统接口技术提供独特的机会。


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