電子人造皮膚對疼痛刺激的反應(yīng)就像真實(shí)的皮膚一樣，并為更好的假肢、更智能的機(jī)器人技術(shù)和皮膚移植的非侵入性替代方法鋪平了道路。

由該電子人造皮膚組成的原型設(shè)備模仿人體近乎即時(shí)的反饋反應(yīng)，并能以神經(jīng)信號傳到大腦的相同光速對疼痛感做出反應(yīng)。它由硅橡膠制成，并集成了電子元件，在質(zhì)地和對壓力、溫度和疼痛的反應(yīng)上都模仿了人類皮膚。

人類的皮膚會不斷地感知事物，但我們的疼痛反應(yīng)只有在某個(gè)閾值時(shí)才會啟動。一旦突破這個(gè)閾值，電信號就會通過神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)送到大腦，啟動疼痛反應(yīng)。

當(dāng)你拿起一個(gè)溫度舒適的東西時(shí)，你不會注意到。但如果觸摸到太熱的東西，你幾乎會立刻反胃。這就是我們皮膚的痛覺系統(tǒng)在發(fā)揮作用。

“智能假肢 ”的關(guān)鍵

新型疼痛感應(yīng)電子皮膚是朝著開發(fā)具有復(fù)雜反饋系統(tǒng)的 “智能假肢 ”邁出的關(guān)鍵一步。研究人員希望開發(fā)出能顯示出與人體類似的疼痛感應(yīng)反應(yīng)的醫(yī)療設(shè)備和部件。

假肢能顯著提高截肢者的生活質(zhì)量，但仍缺乏感知危險(xiǎn)的能力。一只假手放在熱的表面上時(shí)無法感知，而擁有假臂的人可能會靠在一些尖銳的東西上，但不會意識到所造成的傷害。

提供逼真皮膚反應(yīng)的技術(shù)可以使假肢更像自然肢體。

用于皮膚移植

隨著進(jìn)一步的發(fā)展，電子皮膚也有可能在傳統(tǒng)方法不可行的情況下用于皮膚移植。

研究人員在可拉伸電子器件、溫敏材料和仿腦電子器件方面的突破基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了電子皮膚。

例如，利用工藝集成了對溫度敏感的氧化釩，這種材料可以在超過特定閾值（在本例中為65℃）的溫度下改變其電子行為。

這種材料就會觸發(fā)類似于我們觸摸熱物時(shí)神經(jīng)末梢產(chǎn)生的電信號。來自系統(tǒng)傳感部分（對溫度或壓力敏感）的電信號進(jìn)入大腦模擬電路，該電路處理輸入并根據(jù)閾值做出決定。

大腦模擬電路的電輸出就像人類疼痛反應(yīng)中啟動運(yùn)動反應(yīng)的神經(jīng)信號（比如把手移開）。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員測量了產(chǎn)生的電流。如果要真正使用硅膠皮膚，這就需要連接到神經(jīng)末梢或可以啟動運(yùn)動反應(yīng)的儀器上。

材料的反應(yīng)速度和真實(shí)的人類疼痛反應(yīng)一樣快，模仿了從刺激到大腦的反應(yīng)觸發(fā)的整個(gè)過程--或者在我們的案例中，大腦模仿電路。根據(jù)刺激的強(qiáng)度和時(shí)間，反應(yīng)會更強(qiáng)烈--就像真實(shí)的人類疼痛反應(yīng)一樣。

電子皮膚將基于閾值的疼痛反應(yīng)帶到了現(xiàn)實(shí)中，無論是在皮膚反應(yīng)的方式不同的疼痛超過一定的閾值，以及如何需要更長的時(shí)間為皮膚 “恢復(fù) ”從更痛苦的東西。這是因?yàn)檩^強(qiáng)的刺激會在大腦模擬電路上產(chǎn)生更多的電壓。

當(dāng)然我們也可以在我們的設(shè)備中修改這個(gè)閾值，以模仿受傷的皮膚（如曬傷的皮膚）的疼痛閾值比正常皮膚低的方式。電子皮膚也可以用來提高靈敏度，這在運(yùn)動和防御以及皮膚移植方面可能特別有用。

未來更多的應(yīng)用

另一個(gè)獨(dú)特的應(yīng)用可能是智能手套，可以在觸診組織時(shí)提供外科醫(yī)生手部的精確反饋。

我們的有機(jī)硅皮膚需要進(jìn)一步開發(fā)，才能將該技術(shù)整合到生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中。但基本要素--生物相容性和類似皮膚的延展性--已經(jīng)具備。

接下來的步驟是與醫(yī)學(xué)研究人員合作，使其更加 “像皮膚一樣”，并找出如何將其與人體最好的結(jié)合。