新型傳感器重現逼真觸覺

寂靜天花板

假肢可以奇跡般地恢復一些截肢者失去的功能，但它們至今尚無法完成一件事，那就是恢復準確的觸覺。如今，研究人員報告說，在不遠的將來，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信息而向小鼠腦組織傳送信號。
長期以來，多個研究團隊一直試圖為假肢佩戴者恢復觸覺。例如，兩年前，美國俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學的研究人員報告說，通過在假手使用者的手臂外圍神經中連接壓力傳感器從而使其獲得了觸覺。

然而盡管這些成績已經恢復了基本的觸覺，但其傳感器和信號與皮膚中的天然觸覺傳感器——機械性感受器發送的信號仍存在巨大差異。

4 q0 v; S' u% p& c9 a. y6 {* `當人體中的機械性感受器感受到壓力后，它們會發送一股神經脈沖；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生更強的電信號，而不是高頻脈沖流。電信號必須被發送到另一個處理芯片，該處理芯片將信號的強度轉換成一個數字脈沖流，然后才被發送到周圍神經或腦組織中去。
: H8 e# I' y+ v, H
' \2 q% ~2 z; c) }( I2 O# V) t% {4 B受到天然機械性感受器的啟發，由加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學化學工程師鮑哲南率領的研究人員，開始著手研制能夠直接大量產生數字信號的人造皮膚。
3 b9 a6 i9 a  q! m5 n# k- k& b
據鮑哲南介紹，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”。
1 d2 S+ _1 i- C7 h% e
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；內層是由噴墨打印機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。
' C1 y( E7 _9 T1 i- W
借助一種叫光遺傳學的技術，研究人員改造了實驗鼠的大腦神經細胞，使得人造皮膚能夠向這種改造后的細胞傳遞電信號。
% t0 {- {& N+ a& N( H, T9 S8 i
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。

  B1 u0 S) Q$ |% C) t' t. h7 K研究人員在10月16日出版的《科學》雜志上報告了這一研究成果。
+ r: i# j* }- A6 e
伊利諾伊大學香檳分校從事柔性電子研究的化學家johnrogers表示：“很高興看到此類研究朝著這個方向發展，這篇論文令人印象深刻�！�

# v+ W+ n& q8 B, x, Z6 x, Y然而rogers和鮑哲南都強調，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，在很長一段時間內將來自假肢的電信號以一種穩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電子產品來完成這項任務。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于周圍環境的一種全新的感覺。