Advanced Intelligent Systems:新型电子皮肤可以像人类皮肤一样对疼痛做出及时反应

研究人员已经开发出人造电子皮肤,它可以像真实皮肤一样对疼痛做出及时反应,这项研究加速了实现更优质的假肢,更智能的机器人和非侵入性皮肤移植。

由澳大利亚皇家墨尔本理工大学(RMIT University)研究团队开发的设备可以重现人类皮肤感觉疼痛的方式。该设备模仿人体对疼痛的即时反馈响应,并能够以光速对疼痛的感觉做出反应,这与神经信号传播到大脑的速度相同。

首席研究员Madhu Bhaskaran教授说,这种疼痛感应原型的提出与实现是下一代生物医学技术与智能机器人领域中里程碑式的研究成果。

Bhaskaran说: “皮肤是人体最大的感觉器官,其功能复杂,当人体受到任何伤害时,皮肤能够迅速发送警告信号。” “我们一直在通过皮肤感知事物,但我们的疼痛反应只会在某个特定时刻开始,例如:当我们触摸太热或太尖锐的物体时,才感觉到疼痛。

“到目前为止,还没有电子技术能够真实地模仿这种人类的痛苦感。当压力,热度或冷度达到疼痛阈值时,我们的人造皮肤都会立即做出反应。 这是研发复杂反馈系统的关键一步,在不远的未来,我们需要提供真正的智能假肢与智能机器人。”

RMIT 大学研究团队开发的功能原型以电子形式展示了皮肤传感能力的关键特征。

功能传感原型

除疼痛感应原型外,该研究团队还开发了可以感知温度和压力变化的可拉伸电子设备。 RMIT功能材料和微系统小组的共同负责人Bhaskaran表示,这三个功能原型旨在以电子形式提供皮肤传感能力的关键特征。

随着研究的进一步发展,在未来的诊疗中,可拉伸人造皮肤也可作为非侵入性皮肤移植的一种选择。 Bhaskaran说: “我们需要进一步研发,将此技术集成到生物医学应用中,目前已经具备了基本条件,如生物相容性、皮肤一样的拉伸性。”

如何制作电子皮肤

在Advanced Intelligent Systems上发表的这项新研究结合了该团队先前首创并获得专利的三项技术:可伸缩电子产品,它将氧化材料与生物相容的硅结合在一起,如贴纸一样薄,提供透明的、不易破损的、可穿戴的电子产品;温度反应涂层是一种比人的头发还要薄 1000 倍的自修饰涂层,其所用材料可随温度的变化而变化;电子记忆细胞则可模仿大脑使用长期记忆以回忆和保留以前的信息。

压力传感器原型结合了可伸缩的电子元件和长期存储单元,热传感器结合了温度反应涂层和记忆,而疼痛传感器则集成这三种技术。研究者Md Ataur Ra​​hman说,每个原型中的记忆细胞在压力、热量或疼痛达到设定的阈值时均会触发反应。

他说:“我们基本上创造了第一个电子躯体传感器——复制了人体复杂的神经元、神经通路和感受器等复杂系统的关键特征,借此感知刺激。”

“虽然一些现有技术使用电信号来模拟不同程度的疼痛,但是这项研究可以对实际的机械压力,温度和疼痛做出反应,并提供正确的电子响应。这意味着我们的人造皮肤知道用手指轻轻触摸别针或不小心刺入手指之间的区别-这是电子设备之前从未实现的技术。”