金沙澳门官网dkk新型传感器重现逼真触觉

作者: 生命科学  发布:2019-10-23
新技术可让“人造皮肤”有感应

新型传感器重现逼真触觉 假肢可以奇迹般地恢复一些截肢者失去的功能,但它们至今尚无法完成一件事,那就是恢复准确的触觉。如今,研究人员报告说,在不远的将来,这些人造的手臂和腿脚有可能获得接近真实的触觉。利用一种两层的柔韧薄塑料,科学家研制出一种新的电子传感器,能够模拟人体皮肤中触觉传感器的神经信息而向小鼠脑组织传送信号。

新华社华盛顿2月2日电美国和加拿大两国研究人员开发出一种用新材料技术打造的感应器,有望用于制造“人造皮肤”,未来让烧伤患者和假肢使用者重新“感受”世界。

长期以来,多个研究团队一直试图为假肢佩戴者恢复触觉。例如,两年前,美国俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的研究人员报告说,通过在假手使用者的手臂外围神经中连接压力传感器从而使其获得了触觉。

皮肤能感知压力、热、冷和振动,从而帮助人们避免挤压、烫伤、冻伤等危险,这些功能经常被正常人忽略,但对于由于烧伤患者等丧失了皮肤感知功能的人而言,不能感知外界环境或刺激会导致他们无意中受伤。

然而尽管这些成绩已经恢复了基本的触觉,但其传感器和信号与皮肤中的天然触觉传感器——机械性感受器发送的信号仍存在巨大差异。

近日发表在美国《先进材料》杂志上的研究显示,这种由纳米粒子组成的感应器可以监测到来自外界的压力、磁场和声波及其他一些异常状况,并相应产生不同电流变化。

当人体中的机械性感受器感受到压力后,它们会发送一股神经脉冲;压力越大,脉冲频率越高。而之前的触觉传感器在更大的压力下会产生更强的电信号,而不是高频脉冲流。电信号必须被发送到另一个处理芯片,该处理芯片将信号的强度转换成一个数字脉冲流,然后才被发送到周围神经或脑组织中去。

美国康涅狄格大学和加拿大多伦多大学研究团队使用一个用铜线包裹的硅胶管,管里填充由铁氧化物微粒组成的特殊液体,这些微粒大小只有十亿分之一米,它们在硅胶管内部摩擦从而产生电流,外部的铜线可以捕获这些电流信号。

受到天然机械性感受器的启发,由加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学化学工程师鲍哲南率领的研究人员,开始着手研制能够直接大量产生数字信号的人造皮肤。

研究显示,硅胶管受到压力碰撞时,会产生电流变化,而行走、奔跑、跳跃和游泳等不同动作会产生不同的电流变化。另外,声波和磁场也可导致电流变化。

据鲍哲南介绍,这是第一种能够感知压力并与大脑沟通的柔性人造皮肤,距真正像人类皮肤的柔性人造皮肤“更近一步”。

研究人员希望该装备能帮助烧伤患者和假肢使用者等重新感知外部环境刺激,并为在高磁场环境中作业的人对可能存在的磁场辐射发出预警。

这种人造皮肤像“一页纸那么薄”,可以分为两层,外层是可以感知压力的传感器,由塑料材料加上碳纳米管制成;内层是由喷墨打印机印刷出的柔性电子电路,可以把压力信号改变成电信号并传递给大脑。

借助一种叫光遗传学的技术,研究人员改造了实验鼠的大脑神经细胞,使得人造皮肤能够向这种改造后的细胞传递电信号。

鲍哲南说,压力传感器的一个难点就是感知微小力量,而他们开发的人造皮肤连一粒大麦、一小粒食盐、一只蝴蝶造成的压力都可以感知。其工作原理是压力越大,与电极的接触面积越大,从而导电性能越好,借此可感知压力的变化。研究人员下一步将研制可以感知温度、痛觉等感觉的传感器。

研究人员在10月16日出版的《科学》杂志上报告了这一研究成果。

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