新型電子皮膚問(wèn)世！能感知即時(shí)疼痛

寇建超

近日，來(lái)自澳大利亞的科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種可以像真實(shí)皮膚那樣對(duì)疼痛產(chǎn)生反應(yīng)的電子人造皮膚，通過(guò)模仿人體的即時(shí)反饋?lái)憫?yīng)，可以 “復(fù)制” 人類(lèi)皮膚感知疼痛的方式，并能以與神經(jīng)信號(hào)傳送到大腦的相同速度對(duì)疼痛感覺(jué)做出反應(yīng)。

這項(xiàng)技術(shù)為更好的修復(fù)術(shù)、更智能的機(jī)器人以及皮膚移植的非侵入性替代品提供了更多的可能。這項(xiàng)新研究發(fā)表在《先進(jìn)智能系統(tǒng)》雜志上，并申請(qǐng)了臨時(shí)專(zhuān)利，由澳大利亞墨爾本皇家理工大學(xué)的研究人員研發(fā)。首席研究員瑪?shù)潞?巴斯卡蘭教授表示，這種疼痛感知原型是朝著下一代生物醫(yī)學(xué)技術(shù)和智能機(jī)器人的重大進(jìn)步。

皮膚，是人類(lèi)身體最大的感覺(jué)器官，具有非常復(fù)雜的功能，可以在受到任何傷害時(shí)發(fā)送快速警報(bào)信號(hào)。雖然我們一直可以通過(guò)皮膚來(lái)感知事物，但疼痛反應(yīng)只是在某個(gè)特定時(shí)刻才會(huì)發(fā)生，比如當(dāng)我們觸摸太熱或太尖銳的東西時(shí)。直到現(xiàn)在，還沒(méi)有任何電子技術(shù)能夠真實(shí)地模擬人類(lèi)的疼痛感。這款人造皮膚突破了這一狀況，當(dāng)壓力、溫度達(dá)到令人痛苦的閾值時(shí)，它會(huì)立即做出反應(yīng)。在巴斯卡蘭看來(lái)，這是未來(lái)先進(jìn)反饋系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵一步，人類(lèi)或許可以借助這項(xiàng)技術(shù)制造出真正的智能假肢和智能機(jī)器人。

此外，除了疼痛感知原型，該研究團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了使用可伸縮電子產(chǎn)品的設(shè)備，這些設(shè)備可以感知溫度和壓力的變化，并做出反應(yīng)。巴斯卡蘭 是 RMIT 功能材料和微系統(tǒng)小組的負(fù)責(zé)人之一，他表示，設(shè)計(jì)這3種功能原型，是為了以電子形式傳遞皮膚感知能力的關(guān)鍵特征。隨著技術(shù)的進(jìn)一步突破與發(fā)展，當(dāng)傳統(tǒng)方法不可行時(shí)，可伸縮人造皮膚有可能成為非侵入性皮膚移植的未來(lái)選擇。“我們需要做進(jìn)一步的探索，從而將這項(xiàng)技術(shù)整合到生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，如今生物相容性、類(lèi)皮膚伸縮性等基本原理都已經(jīng)具備了?！边@項(xiàng)研究主要結(jié)合了該團(tuán)隊(duì)此前申請(qǐng)的 3 項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，即可伸縮電子設(shè)備、溫度反應(yīng)涂層和電子記憶細(xì)胞。

可伸縮電子設(shè)備如貼紙一樣薄，它將氧化材料與生物相容的硅結(jié)合在一起，提供透明的、不易破損的、可穿戴的電子產(chǎn)品;溫度反應(yīng)涂層是一種比人的頭發(fā)還要薄 1000 倍的自修飾涂層，其所用材料可以隨溫度的變化而變化;電子記憶細(xì)胞則可以模仿大腦使用長(zhǎng)期記憶，來(lái)回憶和保留以前信息。其中，壓力傳感器原型結(jié)合了可伸縮電子設(shè)備和長(zhǎng)期電子記憶細(xì)胞，熱傳感器結(jié)合了溫度反應(yīng)涂層和電子記憶細(xì)胞，而疼痛傳感器則集成了所有以上3種技術(shù)。

對(duì)此，醫(yī)學(xué)博士阿塔爾·拉赫曼表示，當(dāng)壓力、熱量或疼痛達(dá)到一定的閾值時(shí)，每個(gè)原型內(nèi)的記憶細(xì)胞都會(huì)觸發(fā)一個(gè)反應(yīng)。“實(shí)際上，我們已經(jīng)通過(guò)復(fù)制人體神經(jīng)元、神經(jīng)通路和感受器等復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)鍵特征，研發(fā)出了第一個(gè)電子軀體傳感器，我們可以借此感知感官的刺激。”

雖然利用一些現(xiàn)有技術(shù)，可以通過(guò)電信號(hào)來(lái)模擬不同程度的疼痛，但這款人造皮膚可以對(duì)真實(shí)的機(jī)械壓力、溫度和疼痛做出反應(yīng)，并發(fā)出正確的電子響應(yīng)。這就意味著，這款人造皮膚可以分辨出手指輕輕觸碰別針和用別針刺傷自己這兩者之間的區(qū)別，而之前的電子設(shè)備是無(wú)法做到的。

（摘自美《深科技》）（編輯/華生）