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科学家通过应变感知强化效应开发出新型疼痛感知仿生皮肤
2022年05月31日    阅读量:     新闻来源:中国塑料网 vlevle.com  |  投稿

中科院宁波材料技术与工程研究所(NIMTE)陈涛教授的团队提出了应变感知强化(SPS)技术,使仿生软皮肤能够实现从触觉到疼痛感知的动态转变。这项研究发表在《高级功能材料》上。

具有生物软组织(如皮肤)的生物可以通过被动应变机械僵硬和主动感知外部刺激来实现自我保护。在应变机械加固之前,主动保护可以提前感知危险,从而大大降低受伤风险。然而,要实现有效的主动保护仍具有挑战性,这需要由感觉系统触发强烈而快速的疼痛警告。

为了解决这个问题,NIMTE的研究人员制备了一种新型仿生皮肤,即弹性导电膜(ECF),该膜由弹性薄膜和组装的石墨烯纳米片组成,具有互锁的结构界面。SPS效应赋予软皮肤从触觉到疼痛感知的动态转换功能。

基于石墨烯的二维ECF显示出规系数和应变之间的正相关,这与生物的感觉系统相似。此外,合成的仿生皮肤在低应变条件下可以实现正常的触觉感知,在应变阈值以上可以实现疼痛感知。

此外,应变感知阈值可从约7.2%调节至约95.3%,显示出在开发多种SPS相关应用方面的巨大潜力。

支持SPS的感觉系统可以有效模拟人体组织在肌腱单向过度拉伸和手部皮肤不规则拉伸变形等情况下的疼痛感觉。

受到河豚鱼的启发,尼姆特的科学家们设计了一种仿生河豚鱼模型,该模型基于ECF作为自立的人工皮肤,能够灵敏地检测非接触和接触的机械刺激,并进一步主动充气,形成3D变形。借助于典型的SPS效应,可以有效捕获过度膨胀的三维变形。

由SPS效应实现的仿生软皮肤的概念在人机交互、智能假肢和软机器人领域显示出广阔的应用前景。

标签:机械仪器技术中心
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