在人造皮膚和真皮膚之間架起感官的橋梁

"智能"修復學還有很長的路要走。在人類中，基于皮膚的機械感受器和熱受體從環(huán)境中收集信息流，但不那么容易為需要更好功能的修復體的人創(chuàng)建人工皮膚以體驗相同的效果。人類皮膚中的感覺受體將來自外部環(huán)境的觸覺和熱信號傳遞到大腦，然而在人工皮膚和修復術中這些感覺特征的復制也有其挑戰(zhàn)。用假手拿一個杯子是一件事;2如果能辨別它是燙的還是熱的,那是另一件事.現在，來自韓國和美國的科學家小組正在著手努力，為假肢學帶來更好的觸覺能力。

周二發(fā)表在自然通訊中的"用于皮膚假體的可拉伸硅納米帶電子部件"顯示，科學家們試圖彌合人工和真實皮膚之間的差距?？茖W家們在制造人造皮膚方面遇到了困難，因為在伸展性、檢測范圍和時空分辨率方面的限制，人類皮膚會感覺到什么。撰寫本文的團隊已經取得了進展。

MIT技術審查首席記者DavidTalbot周二表示，該材料是一款旨在模仿真實皮膚的彈性和高分辨率感官功能的聚合物。作者報告了一種具有超薄單晶硅納米帶(SINR)應變、壓力和溫度傳感器陣列的可拉伸假體皮膚。其結果是具有多模態(tài)傳感能力的人造皮膚。他們寫了那個"與可拉伸濕度傳感器和熱致動器集成的SINR機械和溫度傳感器陣列能夠高靈敏度、寬的檢測范圍和用于假體系統的機械耐久性。"

CNET助理編輯MichelleStarr對這項研究的意義發(fā)表了評論：她說，在壓力陣列旁邊的"在生物醫(yī)學工程師Dae-HyeongKim的領導下，團隊開發(fā)了一種可以在整個假體上伸展的皮膚，其應用并不僅僅局限于壓力。它嵌入了超薄、單晶硅膠納米帶，可實現傳感器陣列。"是溫度陣列和相關的濕度傳感器、應變傳感器、電阻加熱器和可拉伸的多電極陣列，用于神經刺激。Talbot說，雖然可拉伸傳感材料已經開發(fā)一段時間了，但這是"但最敏感的材料卻高達每平方毫米400個傳感器。"技術審查的附帶標題，它顯示了一種由帶有可拉伸金和硅傳感器的材料層組成的裝有電子的手套。

Talbot描述了團隊的工作方式："他們使用運動捕捉相機來研究真實手如何移動和伸展，然后將不同的硅形狀施加到假體皮膚上的不同點，以適應該拉伸性。"，他說，"他們增加了一層執(zhí)行器，使其加熱到與人體皮膚大致相同的溫度。"

在這項研究中，作者展示了一張具有代表性的智能人造皮膚的照片，其中包含了可伸縮的集成傳感器和執(zhí)行器，覆蓋了假手的整個表面積。他們還展示了有代表性的手動作，例如握緊拳頭、彎曲和傾斜手腕的動作。假手和疊層電子皮膚可以進行復雜的操作，如握手、敲擊鍵盤、抓球、喝一杯熱/冷飲料、接觸干燥/潮濕的表面以及人與人的接觸。

進一步探討

人類皮膚中的抽象感覺感受器向大腦傳遞來自外部環(huán)境的觸覺和熱信號的財富。盡管我們在理解機械和熱感覺方面取得了進步，但在人工皮膚和修復術中復制這些獨特的感覺特征仍然具有挑戰(zhàn)性。最近努力開發(fā)智能修復術，利用剛性和/或半柔性壓力、應變和溫度傳感器，為載有傳感器的仿生系統提供有前景的途徑，但具有有限的拉伸性、檢測范圍和時空分辨率。在此，我們展示了具有超薄、單晶硅納米帶應變、壓力和溫度傳感器陣列以及相關濕度傳感器、電阻加熱器和用于神經刺激的可拉伸多電極陣列的智能假體皮膚。這種可拉伸的傳感器和致動器的收集有助于響應外部刺激而高度定位的機械和熱的皮膚樣感覺，從而為新興的假體和外周神經系統接口技術提供獨特的機會。