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研究人員說，他們的“疼痛感應(yīng)”原型模仿了人體近乎即時的反饋反應(yīng)，并以與神經(jīng)信號傳播到大腦相同的光速對痛苦的感覺做出反應(yīng)。

首席研究員Madhu Bhaskaran教授說，電子皮膚原型是邁向下一代生物醫(yī)學(xué)技術(shù)和智能機(jī)器人技術(shù)的“重大進(jìn)步”。

Bhaskaran說：“皮膚是人體最大的感覺器官，其復(fù)雜功能旨在在發(fā)生任何傷害時發(fā)送速射警告信號。

“我們一直在通過皮膚感知事物，但我們的疼痛反應(yīng)只會在某個特定時刻開始，例如當(dāng)我們觸摸過熱或過尖的物體時。

“到目前為止，還沒有電子技術(shù)能夠現(xiàn)實(shí)地模仿這種非常人性的痛苦感覺。當(dāng)壓力，熱度或冷度達(dá)到令人痛苦的閾值時，我們的人造皮膚都會立即做出反應(yīng)。

“這是未來反饋系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵一步，我們需要交付真正的智能假肢和智能機(jī)器人。”

功能感測原型

除疼痛感測原型外，研究團(tuán)隊還開發(fā)了由可拉伸電子設(shè)備制成的設(shè)備，該設(shè)備可以感知并響應(yīng)溫度和壓力的變化。

RMIT功能材料和微系統(tǒng)小組的聯(lián)合負(fù)責(zé)人Bhaskaran表示，這三個功能原型旨在以電子形式提供皮膚感應(yīng)功能的關(guān)鍵特征。

隨著進(jìn)一步的發(fā)展，在傳統(tǒng)方法不可行或行不通的情況下，可拉伸人造皮膚也可能成為非侵入性皮膚移植的未來選擇。

Bhaskaran表示：“我們需要進(jìn)一步開發(fā)，以將該技術(shù)集成到生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，但是基本原理(生物相容性，類似皮膚的可拉伸性)已經(jīng)存在。”

如何制作電子皮膚

這項新的研究成果已發(fā)表在Advanced Intelligent Systems上，并已獲得臨時專利，該研究成果結(jié)合了該團(tuán)隊先前率先獲得專利的三種技術(shù)：

可伸縮的電子產(chǎn)品：將氧化物材料與生物相容性有機(jī)硅相結(jié)合，可提供透明，堅不可摧且可穿戴的電子產(chǎn)品，其厚度僅為貼紙。

具有溫度反應(yīng)性的涂料：自變質(zhì)涂料，比人的頭發(fā)還要薄1，000倍，這種涂料是基于能響應(yīng)熱量而轉(zhuǎn)變的材料。

模仿大腦的記憶：模仿大腦使用長期記憶來回憶和保留先前信息的方式的電子記憶細(xì)胞。

壓力傳感器原型結(jié)合了可伸縮的電子元件和長期存儲單元，熱傳感器將對溫度有反應(yīng)性的涂層和存儲器結(jié)合在一起，而疼痛傳感器則整合了這三種技術(shù)。

博士研究員Md Ataur Ra hman說，當(dāng)壓力，熱量或疼痛達(dá)到設(shè)定的閾值時，每個原型中的存儲單元負(fù)責(zé)觸發(fā)響應(yīng)。

拉赫曼說：“我們本質(zhì)上是創(chuàng)造了第一批電子體感器-復(fù)制人體復(fù)雜的神經(jīng)元，神經(jīng)通路和受體的復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)鍵特征，這些系統(tǒng)推動了我們對感覺刺激的感知。

“雖然一些現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)使用電信號來模擬不同程度的疼痛，但是這些新設(shè)備可以對實(shí)際的機(jī)械壓力，溫度和疼痛做出反應(yīng)，并提供正確的電子響應(yīng)。

“這意味著我們的人造皮膚知道用手指輕輕觸摸別針或不小心刺入手指之間的區(qū)別-這是電子方式之前從未實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵區(qū)別。”

該研究得到澳大利亞研究委員會的支持，并在RMIT的Micro Nano研究設(shè)施中進(jìn)行，用于微/納米加工和設(shè)備原型設(shè)計。