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未来假肢也有触感?电子皮肤科研成果频传

2019-12-20 15:33:01来源:塑料机械网整理发布 阅读量:24969

  【塑料机械网 科技创新】 人类的皮肤属于人体器官,亚洲申博开户:它承担着保护、排泄、调节体温、感受外界刺激等一系列的任务。在科学发展进程中,人类对电子皮肤逐渐产生兴趣,通常高灵敏度的柔性塑料薄膜材料与高灵敏度的电子感应器件的科研水平会左右电子皮肤中的研发进程,因而科学家正不断在这些方面寻求突破。
 
  日前,香港城市大学参与的跨院校研究团队成功研发出了一套“皮肤集成的触觉界面”系统。这套系统以皮肤为媒介的虚拟现实(VR)和增强现实(AR)系统能够通过紧贴皮肤的无线致动器将能源转换为机械动能,继而将触觉刺激传送到人体。
 
  据悉,这套系统十分轻薄,可以紧贴皮肤,无需配备电池电线。但实际上,这套系统却比想象中的复杂,它采用了新的材料、结构、能量传输策略以及通讯方案,系统中包含700余个功能组件组成的厚度小于3毫米的柔韧器件,包括紧贴皮肤的可拉抻柔软内层、由硅胶保护的含有无线控制系统及致动器的功能层、可穿戴的透气布料外层等。
 
  科研人员表示,在实验过程中采用了射频技术供电,驱动该系统中的致动器来传输信息只需要低于2毫瓦的功率,相比常规情况下大大节省了能量,而产生的机械震动效果是相同的,这也拓展了该套系统的操作距离,继而实现无线低功耗能量传输提供了参考方案。基于此,研究人员认为,该方案在社交媒体、电子游戏上可以进行应用,并且或可进一步在医疗领域深入发掘,比如:帮助义肢使用者来通过触觉来感应外在环境等。
 
  义肢使用者渴望重新获得具有触感与灵活性的肢体是他们所期盼的,而电子皮肤的诞生正使这种期盼有望成为一种现实。在今年7月23日,另一组研究人员研究的电子皮肤系统也将目标对准了假肢触觉。在美国《科学·机器人学》杂志上,新加坡国立大学发表报告称,其研究团队成功研制出了一种名为“异步编码电子皮肤”的人工神经系统。这套系统使电子皮肤的反应能力和抗损能力大大提升,而且可以与其他类型的电子皮肤进行配对,用途多样。
 
  科研人员坦言,关于这一系统的灵感来源是源自于人类的感觉神经系统,因为而这也是一种类似感觉神经系统的一种传感器网络,不仅具备相同的检测触觉信号功能,其检测速度更比人类感觉神经系统快上1000倍,能够在60纳秒内做出物理接触区分,10毫秒内对物体的形状、硬度、纹理等特点进行准确识别。
 
  在抗损方面的提升在于该系统采用了公共电导体来对其他传感器进行连接,每个传感器都能够保持独立的工作状态,与现在常规的电子皮肤的互联传感器系统颇为迥异,能够保证在其中个别连接故障的情况下,电子皮肤依然可以正常工作。
 
  而在早些时候,来自中国科学院宁波材料技术与工程研究所团队的科研人员还提出过另一种电子皮肤触觉系统,这是一种采用了“电感-电容振荡”机理的电路设计的系统,可以将外界刺激通过改变电子皮肤中电路的频率,来将相关信号发送给大脑,在这一系统之下,通过电子皮肤甚至可以使义肢使用者感知微弱的脉搏及蚊虫的行动。
 
  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。
 
  目前该系统仍在持续改进中,在传感器、人造神经突触等基本单元的功能开发以及人造感知系统的完善方面还需要时间。
 
  结语:皮肤的功能给了科学家灵感,关于电子皮肤的研究步伐一直未停止。未来电子皮肤或将为人类提供效率更高、触感更真实的反馈,相信它将在医疗、生物、工业等领域为我们带来更多彩的科研成果。
 
  资料参考:科技日报、新华社、宁波日报

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