由塑料和碳纳米管制成的新传感器能够提供一个赋予假肢手触摸感的人工皮肤。
通过美国国防部门的资助,一些研究人员正朝着更类似人类的假肢手取得进展——能够为用户带来控制和触摸感。
来自斯坦福大学的科学家公布了一种以平面、柔性材料形式出现的新型压力传感器,其可能最终会成为用于假肢的人造皮肤,令使用者不仅能够操纵对象,而且通常感受到它们。该传感器能够发送出大脑解译的脉冲,从而令大脑确定为某种意义的触摸。“它直接模仿了生物系统,”首席研究员包哲南表示。
该皮肤是由印刷具有华夫图案对其压缩的塑料制成的。嵌入式地内部是碳纳米管——微小的传导电力的纯碳。挤压该材料会令杆紧密地结合在一起,随着压力的增加而形成更快速的脉冲。
在《科学》上于本周发表的论文中,包和她的同事们声称,这种传感器能够捕获相当于一个握手和跛行之间的差异的压力渐变。这是触摸的一个组成部分,并且还尚未在人体中进行测试。相反,包和她的同事们在体外向小鼠的大脑切片发送信号——只是为了显示他们能够令传感器与神经元进行通信。
不过,这在追求令假肢更一时之间的道路中是充满希望的一步。“如果你无法感触,那么用假手就无法做更多的事情,”芝加哥大学研究假肢的生物学家兼计算神经科学家斯丽曼·本西马表示。触觉,他表示,是很难重新创建的,因为它是一个极其复杂的感觉。我们不仅能够从丝缎中分辨出丝绸,同时还能分辨廉价的丝绸和较好的丝绸。我们这样做是因为我们的皮肤能够感觉到小到10s纳米的纹理。
最终,研究人员希望将人工传感器的信息用于曾经与丢失的手连接的周围神经。他们已经创建了能够为用户提供打开和关闭他们手的能力的接口(见“一只具有真实感觉的假手”)。他们希望的下一步是精细地协作,令我们能够单独移动每个手指。
并且,其将需要电脉冲来回穿梭——来自患者肌肉和神经的信号移动假体,并且传感器给患者提供了看起来自然的反馈。这是一个转译任务,在某种程度上,因为他们试图令传感器说出神经系统的语言,凯斯西储大学生物医学工程的教授达斯汀·泰勒表示。
难的是在假肢和患者之间建立一个接口,令这种语言将其所有的复杂性都得到转译。“我们不在能够重新产生自然感触的点上,但是我们处于能够传达有用触摸感觉的点上,”本斯马表示。
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