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世界首条柔性人造触觉神经诞生,有望应用于义肢感触等领域

2018-07-06 09:29:53   

世界首条柔性人造触觉神经诞生,有望应用于义肢感触等领域

6月1日,斯坦福大学鲍哲楠、首尔大学Tae-Woo Lee、南开大学徐文涛团队联合在Science杂志发文,报道了一种基于柔性有机电子器件的高灵敏度仿生触觉神经系统。这种人工神经触觉系统具有良好的生物兼容性、柔性和高灵敏度,在机器人手术、义肢感触等领域具有应用前景。

人类皮肤是极为复杂的系统,其中有成千上万个感受器用于感知压力、温度、位置等信息。这些信息被转化成神经信号,在外围神经和中枢神经中逐级传送。如果人类的身体用电脑的方式处理这些信息,将是一个极其复杂且耗能的过程。

“人体神经系统用极为高效的机制来处理现实世界所遇到的问题。”南开大学电子信息与光学工程学院教授徐文涛说,外界刺激通过感知机械力的受体、局部的神经簇逐层传递到下一级神经、脊髓以及大脑。只有信号积累到一定的强度,才会传递到下一个环节,“这样一来,就省却了许多不必要的信号处理过程,大大提高了效率。”

徐文涛及其合作者要解决的核心问题和关键难点在于,设计并实现与生物神经系统工作原理相似、并能够与生物神经信号兼容的人造系统,这套系统要具有很好的柔韧性。

基于上述设想,中美韩联合研究团队利用柔性有机材料模拟了人体SA-I触觉神经。这种人造感知神经由3个核心部件组成:电阻式压力传感器、有机环形振荡器、突触晶体管。

该系统首先利用一系列感受器感知极为细微的压力,并产生相应的电压变化,随后通过环形振荡器(人工神经纤维)将电压变化转变为电脉冲信号。多个环形振荡器得到的电信号被突触晶体管集成转变为突触电流,进而传递到下一级神经。

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