一種新型印刷“人造面板”將壓力轉化為神經脈衝
一種新型感測器有助於為“人造面板”鋪平道路，這種“人造面板”能夠準確有效地模擬真實的觸覺。在今天發表在《科學》雜誌上的一項研究中，斯坦福大學的一組工程師成功地創造了一種可伸縮的電路，這種電路可以感知壓力並將資訊直接傳輸到老鼠的腦組織。隨著更多的研究，它可以被用於對周圍環境更敏感的假肢——以及更好地導航假肢。
在假肢中，觸控可以是簡單地與世界互動和實際感知這種互動之間的區別。在過去的幾年裡，我們已經越來越接近模模擬實面板的一些能力。最有希望的發展之一是靈活的電路和感測器，它可以檢測拉伸、熱量、壓力和其他我們認為理所當然的輸入。但問題不只是找出如何捕捉我們作為觸控體驗的輸入，而是讓大腦記錄這些輸入。
“它使這些裝置與人體通訊更加相容。”
這項研究的合著者亞歷克斯·喬託斯（Alex Chortos）說，從人造面板傳輸資訊通常需要採集模擬訊號，然後使用計算機或微控制器將其轉化為人體可以處理的東西。但是這種翻譯會給大腦獲取的資料增加不精確的“噪音”，需要更多的能量。斯坦福大學的研究小組希望透過改變感測器的工作方式，他們可以完全省去額外的步驟。
他們發明的感測器將一個有彈性的印刷電路和一層碳奈米管結合在一起，碳奈米管被壓縮得越多，導電性就越強。這就產生了一系列離散的電脈衝，這些電脈衝可以傳送到大腦——“有點像莫爾斯電碼，”喬託斯解釋道，類似於我們自己的面板捕捉和傳輸資訊的方式。“面板”是透明的塑膠，嵌入一個比指尖小的壓力感測器；它們在上面的機械手上顯示為小黑點。
對於附著在活體上的假肢，資訊可以透過直接的電脈衝傳輸。這一概念的證明是用另一種稱為光遺傳學的系統進行測試的，在這種系統中，細胞經過基因改造以對光作出反應。該感測器與一個LED相連，LED根據其脈衝閃爍，啟用小鼠神經元。它並沒有確切地告訴我們面板的“感覺”，但它表明感測器可以成功地與實際的腦細胞連線，即使它們在皮氏培養皿而不是頭骨中。
研究團隊認為採取直接方法有明顯的好處。”透過以與人體相同的方式傳遞資訊，它使這些裝置與人體的通訊更加相容，”Chortos說。然而，他警告說，現在判斷這是否是假肢最終的發展方向還為時過早。”就像任何技術一樣，有優勢也有劣勢，”他說。因為感測器是單手捕捉和傳輸資訊的，所以每一個感測器都是一個相對複雜的電子裝置。而它們與人體的直接聯絡也有其自身的弊端。”為了獲得大量直接與神經相連的感測器，佈線有點困難。”
目前，下一步是使單個印刷感測器（稱為“畫素”）更小，這樣更多的感測器可以安裝在單個區域。就像把更多的畫素壓縮到電腦顯示器上一樣，這可以讓材料在更精細的細節中感受到壓力，但也可以讓研究小組新增不同種類的感測器，模擬真實面板的其他功能。”現在我們有了這樣一個平臺，可以與身體進行通訊，我們可以使用拉伸感測器，或者我們可以使用溫度感測器，所有其他的東西，”喬託斯說。
一旦他們徹底檢查了感測器，研究小組希望用活體動物而不僅僅是皮質細胞來測試這個系統。最終，他們希望創造出一種可以用於機器人肢體、可穿戴裝置，甚至是柔性顯示器的材料——這種材料的商業級版本可能在未來三到五年內準備就緒。它不會很快成為我們自己表皮的完美替代品，但它在破解人體最大**功能方面是一個很有希望的發展。
- 發表於 2021-05-01 16:28
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