人体皮肤是最大的感觉器官,由复杂的传感器组成,这些传感器能检测到有害刺激,迅速向中枢神经系统发出警告信号,比如痛觉,从而启动运动反应。

基于上述特性,旨在通过模拟人类皮肤传感功能实现甚至超越其性能的“电子皮肤”应运而生。除了机器人领域,电子皮肤在人工义肢、医疗检测和诊断等方面也展现出了应用前景。近年来,人们对电子皮肤提出了更高的要求,电子皮肤已然发展到了超薄、可拉伸、可进行多参数检测的地步。

然而,直到现在,还没有任何电子技术能够真实地模拟人类的疼痛感。

近日,来自澳大利亚的科学家突破了这一局限,开发了一种可以像真实皮肤那样对疼痛产生反应的电子人造皮肤。通过模仿人体的即时反馈响应,可以“复制”人类皮肤感知疼痛的方式,并能以与神经信号传送到大脑的相同速度对疼痛感觉做出反应,即当压力、温度达到令人痛苦的阈值时,它会立即做出反应。

这项技术为更好的修复术、更智能的机器人以及皮肤移植的非侵入性替代品提供了更多的可能。这项新研究发表在《先进智能系统》(Advanced Intelligent Systems)杂志上,并申请了临时专利。

在论文中,研究团队主要展示了三个关键的皮肤感受器:环层小体、热感受器和痛觉感受器。其中,环层小体(lamellar corpuscle)又名潘申尼小体(pacinian corpuscle),呈卵圆形或球形,直径 1-4mm。在生物体中,它广泛分布在皮下组织、肠系膜、韧带和关节囊等处,主要作用是感受压觉和振动觉。

此外,在这项研究中,还结合了该团队先前已获专利的三项技术,具体包括:

可拉伸电子产品:即将氧化物材料与生物相容性有机硅相结合,可提供透明、坚固的可穿戴电子产品。

具有温度反应性的涂层:一种比头发丝细 1000 倍的涂层,由一种能对温度产生反应的材料制成。

模仿大脑记忆的电子细胞:可模仿大脑长期记忆,回忆、保留先前的信息。

事实上,虽然利用一些现有技术,可以通过电信号来模拟不同程度的疼痛,但这款人造皮肤可以对真实的机械压力、温度和疼痛做出反应,并发出正确的电子响应。

这就意味着,这款人造皮肤可以分辨出手指轻轻触碰别针和用别针刺伤自己这两者之间的区别,而之前的电子设备是无法做到的。而令人工智能拥有痛觉,也将成为人工智能发展重要的一步。