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华人女科学家发明了医疗人造皮肤:能让机械手感受到世界的真实

2016-8-15 12:01 阅读: 941 评论: 0 编辑: ygzx1
[导读]很多时候,灾难就会突然的降临,改变一个人的生活。地震、火灾、车祸或是疾病,在灾难来临之后,幸存的人们也许要面对自己不再完整的身体,和身体残缺将要带来的长久的精神折磨和心理的伤害,难以抚平。
很多时候,灾难就会突然的降临,改变一个人的生活。地震、火灾、车祸或是疾病,在灾难来临之后,幸存的人们也许要面对自己不再完整的身体,和身体残缺将要带来的长久的精神折磨和心理的伤害,难以抚平。
在很多有理想的科学家的努力之下,人们已经可以通过各种精密的义肢来弥补身体的残缺,这些义肢已经可以很逼真,也可以很有未来感。手可以做简单的动作,腿可以正常的行走,奔跑,几乎完美到看不出破绽,但是,它们有一个令人遗憾的缺陷,就是没有感觉。
  华人女科学家发明了医疗人造皮肤:能让机械手感受到世界的真实
只有让这些冰冷麻木的义肢有了触觉,让烧伤后移植的皮肤能够有了感受,那些受了伤害的人们可以通过他们的义肢来感受到触摸、爱抚,感受到温度,感受到他们所爱的这个世界,也许他们内心的伤痛才能得到真的弥补。
触摸的感受来自于皮肤,如何让人造的皮肤能够有触觉,有一位科学家一直为此做着各种努力和尝试,她就是美国斯坦福大学化学工程系教授,华裔女科学家鲍哲南。
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鲍哲南教授希望这种人造电子皮肤可以达到的一个较为理想的状态,不但可以感知外界的压力,能够感受到物体很轻的重量,耐用,柔韧并且有皮肤一样的延展性,可以像真正的皮肤一样在切割后自我修复,还可以处理和传导感觉信号数据,并且最后能够和人类的神经系统有效的结合起来,将感觉传导给神经系统。
鲍哲南教授从2010年开始致力于研发能够传导信号的人造皮肤,这种人造皮肤,其实是一种敏感性极高的电子传感器组成。她更换了作为传统电子器件的高硬度的硅,而是尝试了柔性的有机分子、聚合物和纳米材料。2010年国际顶尖杂志《Nature》上发布了鲍哲南团队的一个研究成果,由碳纳米管(可导电)作为传感的人造皮肤,它已经可以感知微小的压力,非常神奇。
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为了让模拟的皮肤有非常棒的功能,甚至可以优越于人类皮肤,鲍哲南一直在寻求和思考使用什么样的材料和电子感受器,这种材料的成本还要相对低廉才能大面积的在义肢和人造皮肤表面使用,显然,传统的材料和电子感受器都不能够够满足这样的需要。
鲍哲南的团队尝试了有延展性的橡胶材料,它和人类皮肤有些相似之处。研究人员根据需要将传感器封闭在橡胶材料的内部或者表面,在给它压力时,这种纳米级半导体传感器的两端电压会发生变化。研究人员还发现采用微型椎体结构表面可以提高传感器的灵敏度,类似于模拟人类手部皮肤的指纹表面。根据这种设计,传感器可以达到人类手部皮肤一样的敏感度。研究人员还在橡胶皮肤里同时打印了二极管、电导线和其他元器件,使得它可以形成电路使得价值的触摸感觉可以通过数据传导。
现在,鲍哲南教授又找到个有趣的材料,它比人类的皮肤延展性还要好,可以被拉伸100倍而毫发无损。
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这还不算什么,这种材料的神奇之处在于,它竟然具有皮肤一样的“伤口自愈”能力,切割后“愈合”只需要不到一分钟的时间。当材料被切割时,不会产热或有其他不良触发。它具有延展性和收缩能力,可以用来模拟人造的肌肉。
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人类的手部大概有17,000个触摸传感器,以帮助我们拿起物体和感知外界。也许有一天,通过鲍哲南团队的研究成果,人类的义肢就可以像真正的手一样,可以有触觉,可以感受到外界的信号,从而做出更精细的动作。此外,这些创造性发明对于机器人科技来说,也是一个重要的进步。举一个简单的例子,当有一天机器人在马路上扶起摔倒的老人,它可以准确的感受到应该使用多大的力量,这是现有的很多机器人产品难以做到的。这些研究成果有望在假肢、机器人、手机和电脑的触摸式显示屏、汽车安全和医疗器械等诸多方面获得广泛应用。鲍哲南和她的团队所做出了努力让我们看到了一个更美好的未来。我们期待,这样关怀人类生存和发展的大爱发明,能够早日趋于完美,相信当它们真正应用于人类生活中时一定可以为更多人带来更好的生活。

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