弹性人造皮肤让假手能够感知热量、湿度和压力

可以通过截肢者的想法或肌肉运动来控制的假肢已经存在。但如果它们也能感知环境，然后将这些信息传回截肢者的神经系统，情况会怎样？

为了制造出功能更像真实身体部位的假肢，科学家们正在设计能够获取触觉信息的人造皮肤。到目前为止，这些皮肤在感知压力方面已经非常出色——事实上，斯坦福大学工程师设计的皮肤比人类皮肤敏感 1,000 倍。另一个优点是可以自我修复。

但韩国研究人员制造的新型皮肤可能是迄今为止最智能的人造皮肤。它像真皮肤一样有弹性，可以感知压力、温度和湿度。它甚至有一个内置加热器，因此感觉就像活体组织一样。研究人员在假手上测试了这种人造皮肤，他们希望有一天它能与患者的神经连接，这样截肢者就能感受到假皮肤的一切感觉。

“为了使假肢和人造皮肤感觉自然，必须控制它们的温度曲线以与人体的温度相匹配。”

他们在今天发表在《自然通讯》杂志上的论文中写道：“假手和层压电子皮肤可以遇到许多复杂的操作，如握手、敲击键盘、抓球、拿一杯热饮或冷饮、触摸干湿表面以及人与人之间的接触。”

新皮肤的主要成分是一种名为聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性透明硅胶材料。其中嵌入了硅纳米带，当它们被挤压或拉伸时会产生电能，从而提供触觉反馈源。它们还能感知物体是热还是冷。

湿度传感器由电容器组成。当电容器周围的聚合物吸收水分时，水分会改变聚合物存储电荷的能力。电容器测量存储变化并用它来确定环境的湿度水平。

研究人员以一种不太常规的方式测试了湿度传感器。首先，他们将人造皮肤的湿度读数与商用湿度传感器的测量值进行比较，结果非常吻合。这是正常的程序。但为了更加科学严谨，研究人员让假手戳了各种尿布，结果发现它能够区分湿尿布和干尿布。成功了！

接下来是加热元件。

作者写道：“为了让假肢和人造皮肤感觉自然，必须控制它们的温度曲线以匹配人体的温度曲线。”热致动器控制人造皮肤散发的热量。尽管有非常简单的方法可以测量皮肤是否保持稳定的 98 华氏度，但研究人员更喜欢将手放在塑料娃娃上（希望它在接触那些湿透的尿布后被洗过），然后测量手传递给娃娃的热量。它在正常人类范围内。

斯坦福大学人造皮肤工程师 Zhenan Bao 并未参与这篇新论文，但她称这项研究令人兴奋。她说，尽管作者之前已经制造出带有温度、压力和湿度传感器的人造皮肤，但将其与弹性基底结合起来却是新颖的。

通过调整硅纳米带图案的形状，研究人员可以调整皮肤的弹性。对于皮肤不需要伸展的区域，例如指尖，纳米带以紧密的线性图案排列，以最大限度地提高灵敏度。对于需要更多灵活性的区域，例如手腕，纳米带形成更环状的图案，允许更多的空间伸展高达 16%。

鲍哲南表示：“这是可拉伸电子技术应用的重要展示。”

研究小组仍在研究将人造皮肤的感官信息传输到截肢者大脑的最佳方法。他们确实成功将皮肤的压力信息传输到老鼠的大脑中，但论文警告说，这种方法对人类来说可能并不安全。

至少，这项发明或许可以实现每个父母的梦想：换尿布的机器人。