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能向脑细胞传送压力信号的人造皮肤问世
作者:   来源:科技日报   发布者:张荐辕   日期:2015-10-20   今日/总浏览:1/499

人类手指触摸机器手指。机器人的金“指尖”上是一种类似皮肤的传感器,由透明塑料与黑色装置构成。传感器能检测出触觉压力,并将这种信号传输给神经细胞。研究的目标是造出布满这种微型传感器的人造皮肤,用于义肢,使其拥有人类皮肤的某些感觉功能。

美国斯坦福大学工程师开发出一种塑料“皮肤”,能检测出自身所受压力的强度,并产生电信号把这种压力感传送给活的脑细胞。这种人造皮肤有望用于义肢假手,代替皮肤的某些感觉功能。

人类手上的皮肤拥有6种感觉机制,能分辨压力大小、温度、质地、疼痛等多种感觉,本研究只是其中一种,模拟了触觉的一个方面,能分辨“轻轻握”和“紧紧抓”之间有何不同。研究小组负责人、斯坦福大学化学工程教授鲍哲南(音译)说,这是第一次开发出一种柔韧的类似皮肤的材料,不仅能检测压力,还能向神经系统传输信号。

该技术的核心是一种双层塑料结构:上层作为传感器,能像人类皮肤一样检测自身所受压力;下层作为传输电信号的线路,并将电信号转化为与神经细胞兼容的生化刺激。

鲍哲南的团队10年来一直在研究能模仿皮肤功能的材料,发现通过测量塑料或橡胶分子结构的自然弹性,可将其用作压力传感器。他们在塑料膜上压制了花纹以增强其压力敏感性,又在上面排布了数十亿个碳纳米管使之能导电,形成电压敏性,能模仿人类皮肤,把压力信息变成类似摩尔代码的电脉冲。

下层人造皮肤是一种柔性电路,能把电脉冲传给神经细胞。鲍哲南的团队利用施乐公司的喷墨打印技术在塑料上印制了柔性电路。最后,他们利用光基因学技术改造了一些神经元,让神经元能识别下层人造皮肤产生电信号。

鲍哲南还指出,实验中利用光基因学只是概念验证,真正义肢中还可以用其他神经刺激方法。他们已经证明了用电脉冲直接刺激神经元也是可能的。

此外,团队还设想开发其他类型的感受器,比如能分辨条绒和丝绸的质感差异,冷水杯和热咖啡杯有何不同。目前的双层方案意味着如果开发出新机制,还能给人造皮肤增加感觉。

相关论文发表在10月16日的《科学》杂志上。

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