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[导读]近年来,美、日、德、中等国研究人员各自开发出触感细微的电子皮肤,并已解决了其互动性、延展性等技术难题.人造电子皮肤取代真皮移植?或许不久后,这将成为现实,不再是痴人说梦。目前,美、日、德、中等国研究人员

近年来,美、日、德、中等国研究人员各自开发出触感细微的电子皮肤,并已解决了其互动性、延展性等技术难题.人造电子皮肤取代真皮移植?或许不久后,这将成为现实,不再是痴人说梦。

目前,美、日、德、中等国研究人员各自开发出触感细微的电子皮肤,并已解决了其互动性、延展性等技术难题。科学家断言,除了医学植皮,电子皮肤更能在机器人设计、可穿戴设备、人工智能等领域大展身手。

跟“切肤之痛”说再见

在古代亚洲和欧洲,“割肉补疮”有近2500年的历史,只不过考虑当时的医疗和麻醉水平,这似乎更是一种酷刑。现代植皮手术最早出现在19世纪末。数据显示,全世界每年接受皮肤移植的患者人数近20万,存在不可恢复性皮肤创伤且尚未接受植皮手术的患者总数超过400万。

对皮肤组织的不可修复性损坏,考虑到身体排斥性反应,植皮几乎是唯一选择。医生主要靠切取患者自身或他人皮肤进行移植修复,难以忍受疼痛不说,还会在患者取皮部位留下新创伤,身体和心灵的创痕往往难以磨灭。

此外,大面积皮肤损伤患者的植皮来源也是问题。移植后的皮肤十分脆弱,还存在触觉减弱、免疫力下降等后遗症。在各国科学家的努力下,超仿真电子皮肤模型正在成熟。如果投入人体试验,这将是患者的福音。

超仿真不是梦

电子皮肤模拟、还原甚至取代机体皮肤,首先要具备感觉和触觉,即与人体皮肤一样感知不同外界压力,畅通传导触觉信号的最基本功能。

早在2003年,日本东京大学的研究团队利用低分子有机物——并五苯分子制成薄膜,通过其表面密布的压力传感器,实现了电子皮肤感知压力。

时隔两年,该研究团队又在特殊塑料薄膜中重叠嵌入分别感知压力和温度的两组晶体管,在晶体管电线交叉的位置使用微传感器记录电流起伏,可判断出日常温度和每平方厘米300克以上的压力。此外,这种电子皮肤成本相当廉价,每平方米只需100日元(约1美元)。

美国加州大学伯克利分校研究团队设计出的电子皮肤,可辨别更细微的压强,这种由聚合树脂和敏感橡胶覆盖锗硅混合纳米线制成的皮肤,可感知50克以下的细微压力。

随着尖端材料科学研究的深入,石墨烯、碳纳米等特殊材料因超轻薄、韧性强、电阻率小等优良特性,被科学家认为是电子皮肤的优良“基底”。例如,由中国研究人员使用碳纳米管传感器制成的高灵敏度皮肤,甚至可感知到20毫克蚂蚁的重量。

英国剑桥大学的研究人员,也正在尝试将随意拉伸和变形的电路移植到透明的弹性硅胶上,力图赋予电子皮肤更多近似人体皮肤的物理特性。按照设计,这种电子皮肤可包裹四肢与手臂,有望应用于皮肤移植。

然而,电子皮肤真正移植于机体前,还要考虑皮肤内部的生理功能与结构问题。电子皮肤如何才能与周围正常皮肤的神经、肌肉、淋巴及腺体等和谐共生?如何将感知的触觉反馈给神经细胞,并接受神经精确无误的指令传输?这都是科学家们下一步努力的方向。

皮肤搭起“桥梁”

电子皮肤的应用绝不局限在医学领域,同3D打印、大数据等创新科技成果一样,电子皮肤将为某些领域带来质的改变。

目前,即便世界上最逼真、最仿生的义肢,也难以实现触觉的突破。具有触感能力的电子皮肤,却完全能使假肢理解触摸、弯曲或按压等动作,帮助配有假肢的人恢复感觉。

跳出医学领域,电子皮肤无疑将是研发智能机器人领域的革命。机器人设计虽早已实现视觉和听觉等功能,并能进行一些复杂的技术操作,但由于皮肤恰恰是机器人技术研发中容易被忽视的部分,直接导致笨重的“盔甲”往往难以检测多方向的触觉三维力,难以体会拿起一个苹果或一个杯子所需力量的差异。

具备良好压敏特性和柔韧性的电子皮肤可解决机器人设计的难题,它既能帮助机器人敏感获知环境信息,又赋予了其机械灵活性。

对引导未来IT潮流的可穿戴设备,电子皮肤也大有可为。作为一种可嵌入或覆盖人体的高精尖设备,未来不需要给慢性病患佩戴电子监视设备来跟踪心率、血压、血糖等指标,电子皮肤就是人体健康最好的指示标。

例如电子皮肤与智能手表和腕带等结合,只需要把电子皮肤输出的电学图形信号加以比对分析,就可实现“智能把脉”。科学家还设想,利用装有电子皮肤的设备监测咽喉部肌肉运动产生的微弱压力变化,完全可将压力变化信号转化为语音,为聋哑人群充当“传声筒”。

电子皮肤正在超越皮肤本身的属性。从技术趋势来看,电子皮肤为假肢制造、机器人设计、可穿戴设备等领域搭起了桥梁。

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