墨尔本理工大学的科学家开发新型电子皮肤，使机器人也能“感到痛苦”

2020-09-07 16:17

开发了一种新的电子皮肤，使机器人也能“感到痛苦”

澳大利亚墨尔本皇家墨尔本理工大学的科学家开发了一种新型的“电子皮肤”，可以使机器人和其他机器对触摸和接触更加敏感。

研究人员说，他们的“疼痛感应”原型模仿了人体近乎即时的反馈反应，并以与神经信号传播到大脑相同的光速对痛苦的感觉做出反应。

首席研究员Madhu Bhaskaran教授说，电子皮肤原型是迈向下一代生物医学技术和智能机器人技术的“重大进步”。

Bhaskaran说：“皮肤是人体最大的感觉器官，其复杂功能旨在在发生任何伤害时发送速射警告信号。

“我们一直在通过皮肤感知事物，但我们的疼痛反应只会在某个特定时刻开始，例如当我们触摸过热或过尖的物体时。

“到目前为止，还没有电子技术能够现实地模仿这种非常人性的痛苦感觉。当压力，热度或冷度达到令人痛苦的阈值时，我们的人造皮肤都会立即做出反应。

“这是未来反馈系统发展的关键一步，我们需要交付真正的智能假肢和智能机器人。”

功能感测原型

除疼痛感测原型外，研究团队还开发了由可拉伸电子设备制成的设备，该设备可以感知并响应温度和压力的变化。

RMIT功能材料和微系统小组的联合负责人Bhaskaran表示，这三个功能原型旨在以电子形式提供皮肤感应功能的关键特征。

随着进一步的发展，在传统方法不可行或行不通的情况下，可拉伸人造皮肤也可能成为非侵入性皮肤移植的未来选择。

Bhaskaran表示：“我们需要进一步开发，以将该技术集成到生物医学应用中，但是基本原理（生物相容性，类似皮肤的可拉伸性）已经存在。”

如何制作电子皮肤

这项新的研究成果已发表在Advanced Intelligent Systems上，并已获得临时专利，该研究成果结合了该团队先前率先获得专利的三种技术：

可伸缩的电子产品：将氧化物材料与生物相容性有机硅相结合，可提供透明，坚不可摧且可穿戴的电子产品，其厚度仅为贴纸。

具有温度反应性的涂料：自变质涂料，比人的头发还要薄1，000倍，这种涂料是基于能响应热量而转变的材料。

模仿大脑的记忆：模仿大脑使用长期记忆来回忆和保留先前信息的方式的电子记忆细胞。

压力传感器原型结合了可伸缩的电子元件和长期存储单元，热传感器将对温度有反应性的涂层和存储器结合在一起，而疼痛传感器则整合了这三种技术。

博士研究员Md Ataur Ra hman说，当压力，热量或疼痛达到设定的阈值时，每个原型中的存储单元负责触发响应。

拉赫曼说：“我们本质上是创造了第一批电子体感器－复制人体复杂的神经元，神经通路和受体的复杂系统的关键特征，这些系统推动了我们对感觉刺激的感知。

“虽然一些现有技术已经使用电信号来模拟不同程度的疼痛，但是这些新设备可以对实际的机械压力，温度和疼痛做出反应，并提供正确的电子响应。

“这意味着我们的人造皮肤知道用手指轻轻触摸别针或不小心刺入手指之间的区别－这是电子方式之前从未实现的关键区别。”

该研究得到澳大利亚研究委员会的支持，并在RMIT的Micro Nano研究设施中进行，用于微／纳米加工和设备原型设计。

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