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電子人造皮膚上線,或許可以成為更好的修復術!

2020/9/7 21:45:37

近日據外媒報道,澳大利亞的科學家們開發了一種電子人造皮膚,可以像真實皮膚那樣對外界帶來的疼痛產生反應,通過模仿人體的即時反饋響應,可以 “復制” 人類皮膚感知疼痛的方式,并能以與神經信號傳送到大腦的相同速度對疼痛感覺做出反應。
這項技術為更好的修復術、更智能的機器人以及皮膚移植的非侵入性替代品提供了更多的可能。
這項新研究發表在《先進智能系統》(Advanced Intelligent Systems)雜志上,并申請了臨時專利,由澳大利亞墨爾本皇家理工大學(RMIT University)的研究人員研發。

首席研究員 Madhu Bhaskaran 教授表示,這種疼痛感知原型是朝著下一代生物醫學技術和智能機器人的重大進步。
皮膚,是人類身體最大的感覺器官,具有非常復雜的功能,可以在受到任何傷害時發送快速警報信號。雖然我們一直可以通過皮膚來感知事物,但疼痛反應只是在某個特定時刻才會發生,比如當我們觸摸太熱或太尖銳的東西時。直到現在,還沒有任何電子技術能夠真實地模擬人類的疼痛感。
這款人造皮膚突破了這一狀況,當壓力、溫度達到令人痛苦的閾值時,它會立即做出反應。
在 Bhaskaran 看來,這是未來先進反饋系統發展的關鍵一步,人類或許可以借助這項技術制造出真正的智能假肢和智能機器人。
圖 | 電子皮膚原型
此外,除了疼痛感知原型,該研究團隊還開發了使用可伸縮電子產品的設備,這些設備可以感知溫度和壓力的變化,并做出反應。
Bhaskaran 是 RMIT 功能材料和微系統小組的負責人之一,他表示,設計這三種功能原型,是為了以電子形式傳遞皮膚感知能力的關鍵特征。隨著技術的進一步突破與發展,當傳統方法不可行時,可伸縮人造皮膚有可能成為非侵入性皮膚移植的未來選擇。“我們需要做進一步的探索,從而將這項技術整合到生物醫學應用中,如今生物相容性、類皮膚伸縮性等基本原理都已經具備了。”
圖 | 電子皮膚的概念圖
這項研究主要結合了該團隊此前申請的 3 項專利技術,即可伸縮電子設備、溫度反應涂層和電子記憶細胞。?可伸縮電子設備如貼紙一樣薄,它將氧化材料與生物相容的硅結合在一起,提供透明的、不易破損的、可穿戴的電子產品;溫度反應涂層是一種比人的頭發還要薄 1000 倍的自修飾涂層,其所用材料可以隨溫度的變化而變化;電子記憶細胞則可以模仿大腦使用長期記憶,來回憶和保留以前信息。
其中,壓力傳感器原型結合了可伸縮電子設備和長期電子記憶細胞,熱傳感器結合了溫度反應涂層和電子記憶細胞,而疼痛傳感器則集成了所有以上三種技術。
對此,醫學博士 Ataur Rahman 表示,當壓力、熱量或疼痛達到一定的閾值時,每個原型內的記憶細胞都會觸發一個反應。“實際上,我們已經通過復制人體神經元、神經通路和感受器等復雜系統的關鍵特征,研發出了第一個電子軀體傳感器,我們可以借此感知感官的刺激。”
雖然利用一些現有技術,可以通過電信號來模擬不同程度的疼痛,但這款人造皮膚可以對真實的機械壓力、溫度和疼痛做出反應,并發出正確的電子響應。
這就意味著,這款人造皮膚可以分辨出手指輕輕觸碰別針和用別針刺傷自己這兩者之間的區別,而之前的電子設備是無法做到的。


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