5 月 21 日消息，斯坦福大学的研究人员研发出了一种数字化的电子皮肤，能够将热度和压力等感觉转换为电信号，通过植入人脑的电极进行读取。

电子皮肤”是在加州斯坦福大学化学工程师Zhenan Bao的实验室开发的，主要来自Jiancheng Lai和Weichen Wang，她的团队长期以来一直试图制作一个柔软灵活的假体皮肤，但也可以将电信号传输到大脑，让佩戴者“感觉到”压力、紧张或温度变化。

电子皮肤柔软且可拉伸，同时还能够模仿触觉并在低电压下高效运行

这种电子皮肤柔软如真皮，转换元件无缝地嵌入其中，厚度仅有几十纳米。这一发展为人工智能假肢与大脑之间的更自然的互动创造了可能，也为构建能够“感受”疼痛、压力和温度等人类感觉的机器人奠定了基础。

该项目的参与者之一、斯坦福大学化学工程教授 Zhenan Bao 说：“我们的梦想是制造一个完整的手，其中有多个传感器，能够感知压力、应变、温度和振动，然后我们就能够提供一种真正的感觉。”

这种新的电子皮肤只需在 5 伏电压下运行，可以检测到与真实皮肤类似的刺激，提供了可与多晶硅晶体管相媲美的电气性能，如低电压驱动、低功耗和适度的电路集成。

研究人员说，人们放弃使用假肢的一个关键原因是缺乏感觉反馈让他们感到不自然和不舒服。该电子皮肤首先在大鼠的脑细胞中进行了测试，当他们的大脑皮层受到刺激时，动物会抽动腿部，抽动程度与压力水平相对应。研究人员说：“电子皮肤消除了生物体和机器组件之间的界限。”他们的报告《消失的生物与机器之间的界限》于本周发表在《科学》杂志上。

早在去年 3 月，爱丁堡大学的科学家就宣布了一个相关的进展。他们制造了一种由嵌入导线和灵敏度探测器的薄层硅组成的电子皮肤，“能够让软体机器人以极快的速度感知距离它们只有毫米远、各个方向上的事物”，这一发展“首次赋予了机器人与人类和动物相似的身体自我意识水平”。

敏感皮肤

在健康的皮肤中，机械受体感知信息并将其转化为电脉冲，通过神经系统传输到大脑。为了复制这一点，电子皮肤需要传感器和集成电路，这些传感器和集成电路通常由刚性半导体制成。灵活的电子系统已经可用，但它们通常只在高电压下工作，这对可穿戴设备来说不安全。

为了制造一个完全柔软的电子皮肤，Bao的团队开发了一种用作电介质的柔性聚合物——半导体设备中的薄层，用于确定信号强度和运行设备所需的电压。然后，研究人员使用电介质制作了具有弹性、柔韧的晶体管阵列，组合成一个像皮肤一样薄而柔软的传感器。

Bao说：“我们把所有的刚性材料都变成了软材料，同时仍然能够具有高电气性能。”

传感器可以将物理变化（如施加的压力或温度变化）转化为电脉冲。该团队还制作了一种可以将电信号从神经传输到肌肉的设备，模仿神经系统中的连接，称为突触。

Bao的小组在一只老鼠身上测试了该系统。皮肤通过一根电线连接到大鼠的体感皮层——大脑中负责处理身体感觉的部分。当电子皮肤通过触摸触发时，它会向大脑发送电信号，然后通过人工突触传输到动物腿部的坐骨神经，导致四肢抽搐。

未来的发展

这种类型的电子皮肤可用于受重伤或有感觉障碍的人。Bao说，从长远来看，他们希望开发一个侵入性较小的系统。她说：“我们设想，对于失去四肢的人来说，我们不必植入大脑。”“我们可以在外周神经系统植入植入物。”

目前，e-skin仍然必须连接到外部电源，但Bao希望最终开发一个无线设备。然而，她说，要拥有一个覆盖所有手指的皮肤，并对触摸、温度和压力做出反应，需要更多的发展。

尽管如此，在英国剑桥大学研究生物电子的Alejandro Carnicer-Lombarte说，拥有从感觉到肌肉运动的闭环系统是“非常令人兴奋的”。他说，Bao团队制造的设备“在很大程度上是概念的证明”，但在人工假肢领域，许多小组都在研究单个组件——因此，正如Bao的团队所做的那样，将它们都聚集在一个系统中，是向前迈出的重要一步。他说：“按顺序组合这些东西并非易事，我对此印象深刻。”

Carnicer-Lombarte还看到了将其他已知技术集成到系统中的潜力，例如，创造一种皮肤，使拇指和小指能够感知不同的事物。他补充说，实现更高的灵敏度，以便针对特定的大脑区域，将增加这项技术在未来的效用。