研究人员开发出一种电子皮肤，可以模仿手指、脚趾或肢体在被戳或烫伤时移动的相同过程。这项技术可能促成人造肢体覆盖层的开发，从而使佩戴者拥有触觉，或帮助恢复皮肤受损者的感觉。
这种 ‘电子皮肤’ 是在加利福尼亚州斯坦福大学化学工程师鲍哲楠的实验室中开发的。她的团队长期以来一直致力于制造一种柔软且柔性的人造皮肤，但这种皮肤也能够将电信号传输到大脑，使佩戴者能够 ‘感觉’ 压力、应变或温度变化。
最新的研究成果于 5 月 18 日发表在《科学》杂志上，描述了一种轻薄、柔性的传感器，它可以将信号传输到大鼠大脑运动皮层的一部分，当电子皮肤被按压或挤压时，会导致动物的腿抽搐。
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鲍哲楠说：“目前的这种电子皮肤真正具备了我们一直梦想的所有属性。我们已经谈论它很长时间了。”
敏感皮肤
在健康的活体皮肤中，机械感受器感知信息并将其转换为电脉冲，这些电脉冲通过神经系统传输到大脑。为了复制这一点，电子皮肤需要传感器和集成电路，而这些通常由刚性半导体构成。柔性电子系统已经可用，但它们通常仅在高电压下工作，这对可穿戴设备来说是不安全的。
为了制造完全柔软的电子皮肤，鲍哲楠的团队开发了一种柔性聚合物，用作电介质——半导体器件中的一个薄层，它决定了信号的强度和运行器件所需的电压。然后，研究人员使用这种电介质制造出可拉伸、柔性的晶体管阵列，并将其组合成一种像皮肤一样轻薄柔软的传感器。
鲍哲楠说：“我们把所有刚性材料都变成了柔软材料，同时仍然能够保持高电气性能。”
该传感器可以将物理变化（例如施加的压力或温度变化）转换为电脉冲。该团队还制造了一种可以从神经向肌肉传输电信号的设备，模仿神经系统中称为突触的连接。
鲍哲楠的研究小组在大鼠身上测试了该系统。电子皮肤通过导线连接到大鼠的躯体感觉皮层——大脑中负责处理身体感觉的部分。当电子皮肤被触摸触发时，它会向大脑发送电信号，然后电信号通过人工突触传输到动物腿部的坐骨神经，导致肢体抽搐。
未来发展
这种类型的电子皮肤可用于遭受重伤或患有感觉障碍的人。鲍哲楠说，从长远来看，他们希望开发一种侵入性更小的系统。“我们设想，对于失去肢体的人来说，我们不必植入大脑，”她说。“我们可以在周围神经系统中植入。”
目前，电子皮肤仍然必须连接到外部电源，但鲍哲楠希望最终开发出一种无线设备。然而，她说，要拥有一种覆盖手的所有手指并对触摸、温度和压力做出反应的皮肤，还需要更多的发展。
英国剑桥大学生物电子学研究员 Alejandro Carnicer-Lombarte 说，尽管如此，拥有一个从感觉传递到肌肉运动的闭环系统“非常令人兴奋”。他说，鲍哲楠团队制造的设备“在很大程度上是一个概念验证”，但在人造假肢领域，许多团队致力于单个组件——因此像鲍哲楠团队所做的那样，将所有这些组件整合到一个系统中，是向前迈出的重要一步。“按顺序组合这些东西并非易事，我对此印象深刻，”他说。
Carnicer-Lombarte 还看到了将其他已知技术集成到系统中的潜力，例如，制造一种能够使拇指和小指感知不同事物的皮肤。他补充说，实现更高的灵敏度，从而可以瞄准特定的大脑区域，将增加这项技术在未来的实用性。
本文经许可转载，并于 首次发表 于 2023 年 5 月 18 日。