新型疼痛感应电子硅胶皮肤，助力智能假肢和皮肤移植

　　皮肤是我们最大的器官，由复杂的感官组成，不断监测任何可能引起我们疼痛的东西。如今，研究人员通过新技术复制了这一功能——电子人造皮肤。

　　电子人造皮肤对疼痛刺激的反应就像真实的皮肤一样，并为更好的假肢、更智能的机器人技术和皮肤移植的非侵入性替代方法铺平了道路。

　　由该电子人造皮肤组成的原型设备模仿人体近乎即时的反馈反应，并能以神经信号传到大脑的相同光速对疼痛感做出反应。它由硅橡胶制成，并集成了电子元件，在质地和对压力、温度和疼痛的反应上都模仿了人类皮肤。

　　人类的皮肤会不断地感知事物，但我们的疼痛反应只有在某个阈值时才会启动。一旦突破这个阈值，电信号就会通过神经系统发送到大脑，启动疼痛反应。

　　当你拿起一个温度舒适的东西时，你不会注意到。但如果触摸到太热的东西，你几乎会立刻反胃。这就是我们皮肤的痛觉系统在发挥作用。

　　“智能假肢 ”的关键

　　新型疼痛感应电子皮肤是朝着开发具有复杂反馈系统的 “智能假肢 ”迈出的关键一步。研究人员希望开发出能显示出与人体类似的疼痛感应反应的医疗设备和部件。

　　假肢能显着提高截肢者的生活质量，但仍缺乏感知危险的能力。一只假手放在热的表面上时无法感知，而拥有假臂的人可能会靠在一些尖锐的东西上，但不会意识到所造成的伤害。

　　提供逼真皮肤反应的技术可以使假肢更像自然肢体。

　　用于皮肤移植

　　随着进一步的发展，电子皮肤也有可能在传统方法不可行的情况下用于皮肤移植。

　　研究人员在可拉伸电子器件、温敏材料和仿脑电子器件方面的突破基础上，创造了电子皮肤。

　　例如，利用工艺集成了对温度敏感的氧化钒，这种材料可以在超过特定阈值（在本例中为65℃）的温度下改变其电子行为。

　　这种材料就会触发类似于我们触摸热物时神经末梢产生的电信号。来自系统传感部分（对温度或压力敏感）的电信号进入大脑模拟电路，该电路处理输入并根据阈值做出决定。

　　大脑模拟电路的电输出就像人类疼痛反应中启动运动反应的神经信号（比如把手移开）。

　　在实验中，研究人员测量了产生的电流。如果要真正使用硅胶皮肤，这就需要连接到神经末梢或可以启动运动反应的仪器上。

　　材料的反应速度和真实的人类疼痛反应一样快，模仿了从刺激到大脑的反应触发的整个过程--或者在我们的案例中，大脑模仿电路。根据刺激的强度和时间，反应会更强烈--就像真实的人类疼痛反应一样。

　　电子皮肤将基于阈值的疼痛反应带到了现实中，无论是在皮肤反应的方式不同的疼痛超过一定的阈值，以及如何需要更长的时间为皮肤 “恢复 ”从更痛苦的东西。这是因为较强的刺激会在大脑模拟电路上产生更多的电压。

　　当然我们也可以在我们的设备中修改这个阈值，以模仿受伤的皮肤（如晒伤的皮肤）的疼痛阈值比正常皮肤低的方式。电子皮肤也可以用来提高灵敏度，这在运动和防御以及皮肤移植方面可能特别有用。

　　未来更多的应用

　　另一个独特的应用可能是智能手套，可以在触诊组织时提供外科医生手部的精确反馈。

　　我们的有机硅皮肤需要进一步开发，才能将该技术整合到生物医学应用中。但基本要素--生物相容性和类似皮肤的延展性--已经具备。

　　接下来的步骤是与医学研究人员合作，使其更加 “像皮肤一样”，并找出如何将其与人体最好的结合。

　　作者：Madhu Bhaskaran,RMIT大学电子与通信工程教授。

　　来源： The Conversatio

　　翻译：传感器大佬