有觸覺的人工義肢! 仿生電子皮膚 賦予義肢真實感

University of WashingtonUCLA的研究團隊研發出可用於義肢的彈性「皮膚」。這種皮膚可以感應到振動與測量剪力, 例如當你的手指滑過桌面的感覺,或是當一個物體從你手中滑落。這項技術增加義肢使用的真實感,甚至可以讓越來越多的手術機器人更能感知周遭環境,讓手術更精確、安全。

圖片來源:UCLA Engineering

目前,人工皮膚還無法幫助義肢涵蓋所有觸覺。「傳統上,觸覺感應器的設計通常針對下列三種觸覺形式(modalities)的其中之一設計:正向力(normal forces),剪力(shear forces),或振動(vibration)。然而,義肢要達到靈巧操作的目的,必須要靠多感官接收才做得到。我們最新的人工皮膚原型囊括了上述三種觸覺形式的接收。」參與該研究的Veronica Santos表示。

這項仿生(bioinspired)研究的靈感是來自於當人體肌膚受外力影響時會被拉長(tension)或收縮(compression)。該團隊研發的電子皮膚(electronic skin)是由矽橡膠(silicone rubber)製成,也就是用來做泳鏡的那種材料。這種橡膠層內有許多極細小的微型流體通道(microfluidic channels),裡面充滿著可以導電的液態金屬。當施加剪力到這種電子皮膚上時,其中某些通道會延伸出去,其餘的則是收縮起來,造成電阻的改變,讓電子皮膚可以準確的偵測承受的力量。

「這真的是受到人體生物學的啟發而生,」參與該研究的令一位學者Jianzhu Yin表示,「我們的電子皮膚的外側跟人的指頭一樣向外隆起,而感應剪力的位置,也模擬我們在甲床(nail bed)的神經分佈。如此一來,電子皮膚的感官、功能就非常接近真正的指頭了。」


圖片來源:UCLA Engineering

目前,電子皮膚可以勝任的「輕碰」任務包括了握手、開門以及滑手機(或使用電話),並皆具高度靈敏度與準確性。事實上,電子皮膚可以接收的振動頻率為每秒800下—比真人指尖更威。

「藉由模仿人體而製成的電子皮膚,已經可以做到跟人手一樣的敏感度與準確性,這是一項重大突破。」該研究的資深作者(senior authorJonathan Posner在發表報告中指出,「觸覺對於義肢與機器人的功能非常重要,我們的目標就是要賦予其真人一般的觸覺。」

來源:University of Washington...UCLA Engineering

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