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未來假肢也有觸感?電子皮膚科研成果頻傳

2019-12-20 15:33:01来源:塑料機械網整理发布 閱讀量:22616

  【塑料機械网 科技創新】 人類的皮膚屬于人體器官,它承擔著保護、排泄、調節體溫、感受外界刺激等一系列的任務。在科學發展進程中,人類對電子皮膚逐漸産生興趣,通常高靈敏度的柔性塑料薄膜材料與高靈敏度的電子感應器件的科研水平會左右電子皮膚中的研發進程,因而科學家正不斷在這些方面尋求突破。
 
  日前,香港城市大學參與的跨院校研究團隊成功研發出了一套“皮膚集成的觸覺界面”系統。這套系統以皮膚爲媒介的虛擬現實(VR)和增強現實(AR)系統能夠通過緊貼皮膚的無線致動器將能源轉換爲機械動能,繼而將觸覺刺激傳送到人體。
 
  據悉,這套系統十分輕薄,可以緊貼皮膚,無需配備電池電線。但實際上,這套系統卻比想象中的複雜,它采用了新的材料、結構、能量傳輸策略以及通訊方案,系統中包含700余個功能組件組成的厚度小于3毫米的柔韌器件,包括緊貼皮膚的可拉抻柔軟內層、由矽膠保護的含有無線控制系統及致動器的功能層、可穿戴的透氣布料外層等。
 
  科研人員表示,在實驗過程中采用了射頻技術供電,驅動該系統中的致動器來傳輸信息只需要低于2毫瓦的功率,相比常規情況下大大節省了能量,而産生的機械震動效果是相同的,這也拓展了該套系統的操作距離,繼而實現無線低功耗能量傳輸提供了參考方案。基于此,研究人員認爲,該方案在社交媒體、電子遊戲上可以進行應用,並且或可進一步在醫療領域深入發掘,比如:幫助義肢使用者來通過觸覺來感應外在環境等。
 
  義肢使用者渴望重新獲得具有觸感與靈活性的肢體是他們所期盼的,而電子皮膚的誕生正使這種期盼有望成爲一種現實。在今年7月23日,另一組研究人員研究的電子皮膚系統也將目標對准了假肢觸覺。在美國《科學·機器人學》雜志上,新加坡國立大學發表報告稱,其研究團隊成功研制出了一種名爲“異步編碼電子皮膚”的人工神經系統。這套系統使電子皮膚的反應能力和抗損能力大大提升,而且可以與其他類型的電子皮膚進行配對,用途多樣。
 
  科研人員坦言,關于這一系統的靈感來源是源自于人類的感覺神經系統,因爲而這也是一種類似感覺神經系統的一種傳感器網絡,不僅具備相同的檢測觸覺信號功能,其檢測速度更比人類感覺神經系統快上1000倍,能夠在60納秒內做出物理接觸區分,10毫秒內對物體的形狀、硬度、紋理等特點進行准確識別。
 
  在抗損方面的提升在于該系統采用了公共電導體來對其他傳感器進行連接,每個傳感器都能夠保持獨立的工作狀態,與現在常規的電子皮膚的互聯傳感器系統頗爲迥異,能夠保證在其中個別連接故障的情況下,電子皮膚依然可以正常工作。
 
  而在早些時候,來自中國科學院甯波材料技術與工程研究所團隊的科研人員還提出過另一種電子皮膚觸覺系統,這是一種采用了“電感-電容振蕩”機理的電路設計的系統,可以將外界刺激通過改變電子皮膚中電路的頻率,來將相關信號發送給大腦,在這一系統之下,通過電子皮膚甚至可以使義肢使用者感知微弱的脈搏及蚊蟲的行動。
 
  根据报道,科研人员设计了一种“Air gap”结构,采用了非晶丝作为磁芯提高其性能,使数字化柔性触觉传感器件的灵敏度获得很大提升。据悉,科学家有在考虑将这种触觉系统应用于软体机器人,由此实现机器人获得与人类类似的感知行为,能够在极端工作环境中代替人们冒险。
 
  目前該系統仍在持續改進中,在傳感器、人造神經突觸等基本單元的功能開發以及人造感知系統的完善方面還需要時間。
 
  結語:皮膚的功能給了科學家靈感,關于電子皮膚的研究步伐一直未停止。未來電子皮膚或將爲人類提供效率更高、觸感更真實的反饋,相信它將在醫療、生物、工業等領域爲我們帶來更多彩的科研成果。
 
  資料參考:科技日報、新華社、甯波日報

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