新型傳感器重現(xiàn)逼真觸覺

寂靜天花板

假肢可以奇跡般地恢復(fù)一些截肢者失去的功能，但它們至今尚無法完成一件事，那就是恢復(fù)準(zhǔn)確的觸覺。如今，研究人員報告說，在不遠(yuǎn)的將來，這些人造的手臂和腿腳有可能獲得接近真實的觸覺。利用一種兩層的柔韌薄塑料，科學(xué)家研制出一種新的電子傳感器，能夠模擬人體皮膚中觸覺傳感器的神經(jīng)信息而向小鼠腦組織傳送信號。
  N/ [8 z0 o" e, l1 S! Y* p長期以來，多個研究團(tuán)隊一直試圖為假肢佩戴者恢復(fù)觸覺。例如，兩年前，美國俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學(xué)的研究人員報告說，通過在假手使用者的手臂外圍神經(jīng)中連接壓力傳感器從而使其獲得了觸覺。
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然而盡管這些成績已經(jīng)恢復(fù)了基本的觸覺，但其傳感器和信號與皮膚中的天然觸覺傳感器——機(jī)械性感受器發(fā)送的信號仍存在巨大差異。

當(dāng)人體中的機(jī)械性感受器感受到壓力后，它們會發(fā)送一股神經(jīng)脈沖；壓力越大，脈沖頻率越高。而之前的觸覺傳感器在更大的壓力下會產(chǎn)生更強(qiáng)的電信號，而不是高頻脈沖流。電信號必須被發(fā)送到另一個處理芯片，該處理芯片將信號的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字脈沖流，然后才被發(fā)送到周圍神經(jīng)或腦組織中去。
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受到天然機(jī)械性感受器的啟發(fā)，由加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學(xué)化學(xué)工程師鮑哲南率領(lǐng)的研究人員，開始著手研制能夠直接大量產(chǎn)生數(shù)字信號的人造皮膚。

據(jù)鮑哲南介紹，這是第一種能夠感知壓力并與大腦溝通的柔性人造皮膚，距真正像人類皮膚的柔性人造皮膚“更近一步”。
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# |% C% \; g! z% A. l8 h這種人造皮膚像“一頁紙那么薄”，可以分為兩層，外層是可以感知壓力的傳感器，由塑料材料加上碳納米管制成；內(nèi)層是由噴墨打印機(jī)印刷出的柔性電子電路，可以把壓力信號改變成電信號并傳遞給大腦。
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借助一種叫光遺傳學(xué)的技術(shù)，研究人員改造了實驗鼠的大腦神經(jīng)細(xì)胞，使得人造皮膚能夠向這種改造后的細(xì)胞傳遞電信號。
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鮑哲南說，壓力傳感器的一個難點就是感知微小力量，而他們開發(fā)的人造皮膚連一粒大麥、一小粒食鹽、一只蝴蝶造成的壓力都可以感知。其工作原理是壓力越大，與電極的接觸面積越大，從而導(dǎo)電性能越好，借此可感知壓力的變化。研究人員下一步將研制可以感知溫度、痛覺等感覺的傳感器。

) o/ X( b  p) }7 Q  j研究人員在10月16日出版的《科學(xué)》雜志上報告了這一研究成果。
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伊利諾伊大學(xué)香檳分校從事柔性電子研究的化學(xué)家johnrogers表示：“很高興看到此類研究朝著這個方向發(fā)展，這篇論文令人印象深刻。”
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然而rogers和鮑哲南都強(qiáng)調(diào)，讓截肢者獲得類似于真實的觸覺依然有很長的路要走。舉例來說，醫(yī)生們不能用人腦組織來接收光信號。這意味著研究人員需要找到其他的方法，在很長一段時間內(nèi)將來自假肢的電信號以一種穩(wěn)定而安全的方式傳遞給大腦。鮑哲南說，她希望使用靈活的有機(jī)電子產(chǎn)品來完成這項任務(wù)。最終，隨著這些不同的研究線索交織在一起，它很可能會給截肢者關(guān)于周圍環(huán)境的一種全新的感覺。
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