韩国和美国的研究人员开发出了第一款具有真实弹性的人造皮肤,它可以从环境中获取线索,并将信息传输回佩戴者的神经系统。这种新皮肤由含有一系列超薄金和硅传感器的柔性塑料制成,可以告诉佩戴者他们拿着的是热饮还是冷饮,或者触摸的是干燥、潮湿、柔软或坚硬的东西。
在过去的几年里,假肢取得了长足的进步。就在几个月前瑞典的研究人员宣布,他们创造了第一支假肢,可以直接插入患者的骨骼、神经和肌肉,并将他们的想法转化为行动。另一个团队已创建自愈性假体皮肤,还有一个人成功地在他们的假肢中注入了灵敏度提高 1,000 倍比实际的人类皮肤。但在所有这些情况下,佩戴者无法知道他们是否拿着非常热的东西,或者他们是否因为没有正确握住东西而即将掉落东西。
因此,首尔国立大学的 Dae-Hyeong Kim 领导的研究人员开发了一种人造皮肤,由一种名为聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 的弹性透明有机硅材料制成,可以包裹在假肢周围。
它每平方毫米有 400 个传感器,当它们被拉伸或挤压时会产生电信号,并且可以感应所接触物体的温度。它还包含装有电容器装置的传感器,这些装置吸收水分,然后测量它对材料存储电荷的能力的影响程度。然后使用该测量值即时确定人造皮肤所接触的湿度水平。
他们是如何测试的?当然,通过令人毛骨悚然地戳干湿尿布:
Kim 等人/《自然通讯》
这种材料非常聪明,它的传感器可以根据它在假手上的位置进行编程,以实现适当的拉伸程度。根据塔尔博特,该团队使用动作捕捉相机来准确弄清楚真手如何移动以及其周围的皮肤如何拉伸,并相应地调整他们的人造皮肤。因此,在不需要太多拉伸的区域(例如指尖),团队专注于在材料中填充传感器。
团队成员之一、来自美国一家名为 MC10 的科技初创公司的 Roozbeh Ghaffari 表示:“如果手指上有这些高分辨率传感器,就可以向大脑提供与正常手相同的触觉。”告诉麻省理工学院的大卫·塔尔伯特技术评论。
但在其他需要更大灵活性的区域(例如手指根部和手腕),团队设计的材料具有高达 16% 的拉伸空间。
出版于自然通讯,该团队表示,他们还通过在皮肤上安装加热装置,使其摸起来温暖,从而使皮肤感觉更加真实。 “为了让假肢装置和人造皮肤感觉自然,必须控制它们的温度分布以匹配人体的温度,”他们写。
皮肤能够感知到它所接触到的所有东西,这固然很好,但除非它能够进入佩戴者的神经系统并告诉他们这一点,否则就没用。这是该团队研究的下一步,正如塔尔博特解释的那样技术评论:
“在对这种界面的粗略演示中,Dae-Hyeong Kim 将智能皮肤连接到老鼠的大脑,并能够测量动物感觉皮层对感觉输入的反应。然而,这并没有表明是否或在何种程度上,老鼠感到热、压力或湿气。”
“要准确地表达那种感觉,”金告诉他,“我们需要转向更大的动物,这将是我们未来的工作。”
来源:麻省理工科技评论