人体皮肤是最(zuì)大(dà)的感觉器官,由复杂的传感器组成,这些传感(gǎn)器能检测到有(yǒu)害刺激(jī),迅速向中枢神经系统发出(chū)警告信号,比如痛(tòng)觉,从而(ér)启动运(yùn)动反应。
基于(yú)上述(shù)特性,旨在通过模拟人类(lèi)皮肤传感功能实现甚至超(chāo)越其性能的(de)“电子皮肤”应运而生。除(chú)了(le)机器人领域,电子皮肤在人工义(yì)肢、医疗检(jiǎn)测和诊断等方面也(yě)展现出了应用前景。近年来,人们(men)对电子皮肤提出了更(gèng)高的要求,电子皮肤已(yǐ)然发展(zhǎn)到(dào)了(le)超薄、可拉(lā)伸、可进(jìn)行多参数检测的地(dì)步。
然而,直到现在,还没有任何电(diàn)子(zǐ)技术能(néng)够真实(shí)地模拟人类的(de)疼痛(tòng)感。
近日,来自澳大利亚的科(kē)学家突破了这一局限,开发了一种可以(yǐ)像真(zhēn)实皮肤那样对(duì)疼痛产生反应(yīng)的电子(zǐ)人造皮肤。通过(guò)模仿人体的即时(shí)反馈响应,可(kě)以“复制(zhì)”人类皮肤感知疼痛(tòng)的方式(shì),并能以与神经信号传送到大(dà)脑(nǎo)的相(xiàng)同速度对(duì)疼痛感觉做出反应,即当压力(lì)、温度达到令人痛苦的阈值时,它会(huì)立即做出反应。
这项技术(shù)为更(gèng)好(hǎo)的修复术、更(gèng)智(zhì)能的机(jī)器人(rén)以(yǐ)及皮肤移植的(de)非(fēi)侵入(rù)性替代品提供了更多的可(kě)能。这项新研(yán)究发表在《先进智(zhì)能系统(tǒng)》(Advanced Intelligent Systems)杂志上,并申请了临时专(zhuān)利。
在论文中,研(yán)究团队主要(yào)展示了三个关(guān)键的皮(pí)肤感受(shòu)器(qì):环层小(xiǎo)体(tǐ)、热感受器和痛觉感(gǎn)受器。其中,环(huán)层(céng)小体(tǐ)(lamellar corpuscle)又(yòu)名潘申尼小体(pacinian corpuscle),呈卵圆形或球(qiú)形,直径 1-4mm。在生物体中(zhōng),它广泛分布在皮下组织、肠系膜、韧带和关节囊等处,主要作用是感受压觉和(hé)振动觉。
此外,在这项研究(jiū)中(zhōng),还(hái)结合了该团(tuán)队(duì)先(xiān)前已获专利的三项(xiàng)技术,具体(tǐ)包括:
可拉(lā)伸(shēn)电(diàn)子产(chǎn)品:即将氧化物材料(liào)与生物(wù)相容性有机硅相结合,可(kě)提供透明、坚固的(de)可穿戴电子产(chǎn)品。
具有温度反应性的涂(tú)层:一种比头发丝细 1000 倍的(de)涂层,由一种(zhǒng)能(néng)对(duì)温度产生反(fǎn)应的材(cái)料制成。
模仿大脑记忆的电子细胞:可模仿大脑长期记忆,回忆、保留先前的信息。
事实上,虽然利用一(yī)些现有技术,可以通(tōng)过电信号来模拟不(bú)同程度的(de)疼(téng)痛,但这款人造皮(pí)肤可以(yǐ)对真(zhēn)实的机械压力、温度和疼痛做出反应,并发出正确的电(diàn)子响应(yīng)。
这就意味(wèi)着,这款人造(zào)皮肤(fū)可以(yǐ)分辨出手指轻轻触碰别(bié)针和用别针刺伤自己(jǐ)这(zhè)两者(zhě)之间的区别,而(ér)之前的电子设备(bèi)是(shì)无法做(zuò)到的。而(ér)令人工智(zhì)能拥有痛觉,也将成为人工智能发展重要的一步。