《自然》期刊报道，一种新型#电子皮肤#模仿手指、脚趾或四肢在被戳或烫伤时移动的过程。软材料感应温度和压力，并将信息转化为电脉冲。当连接到老鼠的大脑时，按下电子皮肤会使动物的腿抽搐。最终，电子皮肤技术可以为假肢佩戴者提供触觉。
将感觉信息传递给大脑和肌肉的柔性导电膜是迈向人造皮肤的一步(斯坦福大学Jiancheng Lai 和 Weichen Wang供图)
“电子皮肤”是一种带有集成电路的柔软、灵活的传感器。研究人员已经开发出一种电子皮肤，它可以模仿手指、脚趾或四肢在被戳或烫伤时移动的相同过程。该技术可能会导致假肢覆盖物的开发，这种覆盖物会给佩戴者一种触觉，或者帮助皮肤受损的人恢复感觉。
“电子皮肤”是在加州斯坦福大学化学工程师鲍哲南的实验室开发的。她的团队长期以来一直在尝试制造一种柔软而有弹性的假体皮肤，但它也可以将电信号传输到大脑，让佩戴者“感受到”压力、张力或温度变化。
最新作品于 5 月 18 日发表在《科学》杂志上，描述了一种薄而灵活的传感器，它可以将信号传输到老鼠大脑的部分运动皮层，当电子皮肤受到挤压或挤压时，会导致动物的腿部抽搐。
“目前的电子皮肤确实具有我们梦寐以求的所有属性，”鲍说。“我们已经讨论了很长时间了。”
敏感型皮肤
在健康的活体皮肤中，机械受体感知信息并将其转化为电脉冲，通过神经系统传输到大脑。为了复制这一点，电子皮肤需要传感器和集成电路，它们通常由刚性半导体制成。柔性电子系统已经可用，但它们通常只能在对可穿戴设备不安全的高压下工作。
为了制造完全柔软的电子皮肤，Bao 的团队开发了一种用作电介质的柔性聚合物——半导体设备中的薄层，它决定了信号强度和运行设备所需的电压。然后，研究人员使用电介质制造了可伸缩、灵活的晶体管阵列，并将其组合成一个像皮肤一样薄而柔软的传感器。
“我们将所有的刚性材料都变成了软材料，同时仍然能够具有很高的电气性能，”Bao 说。
传感器可以将物理变化（例如施加的压力或温度变化）转化为电脉冲。该团队还制造了一种装置，可以将电信号从神经传输到肌肉，模拟神经系统中称为突触的连接。
Bao 的团队在老鼠身上测试了该系统。皮肤通过电线连接到老鼠的体感皮层——大脑中负责处理身体感觉的部分。当触摸触发电子皮肤时，它会向大脑发送电信号，然后通过人工突触传递到动物腿部的坐骨神经，导致肢体抽动。
未来发展
这种类型的电子皮肤可用于遭受重伤或有感觉障碍的人。鲍说，从长远来看，他们希望开发一种侵入性较小的系统。“我们设想，对于失去四肢的人，我们不必将其植入大脑，”她说。“我们可以植入周围神经系统。”
目前，e-skin 仍必须通过有线连接外部电源，但 Bao 希望最终开发出无线设备。然而，她说，要拥有覆盖手部所有手指并对触摸、温度和压力做出反应的皮肤，还需要更多的开发。
尽管如此，在英国剑桥大学研究生物电子学的 Alejandro Carnicer-Lombarte 说，拥有一个从感觉到肌肉运动的闭环系统“非常令人兴奋”。Bao 的团队制造的设备“在很大程度上是一个概念证明”，他说，但在人工假肢领域，许多团队都在研究单个组件——因此将它们整合在一个系统中，就像 Bao 的团队所做的那样，是向前迈出的重要一步。“按顺序组合这些东西并非易事，我对此印象深刻，”他说。
Carnicer-Lombarte 还看到了将其他已知技术集成到系统中的潜力，例如，创造一种使拇指和小指能够感知不同事物的皮肤。他补充说，实现更高的灵敏度，从而可以针对特定的大脑区域，将在未来增加这项技术的实用性。
参考
- Katharine Sanderson.Soft ‘Electronic skin’ mimics our sense of touch. Nature doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01684-9 (2023).
- Wang, W. et al. Neuromorphic sensorimotor loop embodied by monolithically integrated, low-voltage, soft e-skin. Science https://doi.org/10.1126/science.ade0086 (2023).