人造皮膚讓機(jī)器擁有觸覺

2019-10-23 11:00:40來(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：人造皮膚閱讀量：5607

導(dǎo)讀：說(shuō)起人造皮膚，你會(huì)想起什么？電影《終結(jié)者》中，來(lái)自未來(lái)的生化機(jī)器人T-1000體表覆蓋著人工活體組織，這種仿真組織擁有和人類皮膚相似的功能，有觸覺、溫度，還會(huì)流汗。科學(xué)家們正試圖把這種存在于科學(xué)幻想中的材料變成現(xiàn)實(shí)。

　　【儀器網(wǎng) 材料化工】說(shuō)起人造皮膚，你會(huì)想起什么？是治療皮膚損傷的再生醫(yī)學(xué)，還是科幻作品中外觀與人類毫無(wú)區(qū)別的機(jī)器人？電影《終結(jié)者》中，來(lái)自未來(lái)的生化機(jī)器人T-1000體表覆蓋著人工活體組織，這種仿真組織擁有和人類皮膚相似的功能，有觸覺、溫度，還會(huì)流汗?？茖W(xué)家們正試圖把這種存在于科學(xué)幻想中的材料變成現(xiàn)實(shí)。

　　近日，英國(guó)布里斯托爾大學(xué)的研究人員成功開發(fā)出一種模仿人類皮膚的硅膠薄膜。當(dāng)手機(jī)、電腦等智能設(shè)備配置由這種擁有人類皮膚結(jié)構(gòu)的材料制作的設(shè)備時(shí)，就可以感知使用者的各種手勢(shì)，從而提供更好的人機(jī)交互體驗(yàn)。雖然目前設(shè)備僅能辨別撓癢、戳、捏等有限的幾種手勢(shì)，但這卻是人工智能擁有“觸覺”的一大進(jìn)步。

　　人造皮膚的研究開始是為了治療大面積的燒傷。傳統(tǒng)修復(fù)燒傷皮膚的方法是自體皮膚移植，即將患者身體其他部位的健康皮膚移植到燒傷部位。但是這種方法會(huì)在取皮部位留下新的傷疤，也不適用于大面積移植，而異體移植又面臨著排異反應(yīng)。在這種情況下，科學(xué)家開始進(jìn)行人造皮膚的研究。

　　1981年，哈佛醫(yī)學(xué)院教授約翰·伯克和麻省理工學(xué)院教授尼斯·亞拿斯利用牛組織和鯊魚軟骨合成了商業(yè)化的可再生人造皮膚。20世紀(jì)90年代后，人造皮膚已經(jīng)成功應(yīng)用于大面積燒傷的治療。21世紀(jì)以后，人類已經(jīng)研究出多種可用于制作人造皮膚的材料。然而用于醫(yī)學(xué)治療的人造皮膚大多只是作為敷料、載藥膜等使用，當(dāng)創(chuàng)面修復(fù)后，人造皮膚就會(huì)被人體自然吸收，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法作為真正皮膚的使用。

　　在科學(xué)家們還在探索制作完全替代自體皮膚的人造皮膚的方法時(shí)，另一個(gè)研究方向隨著人工智能的出現(xiàn)而興起——賦予機(jī)器和人類一樣的觸覺。2008年，美國(guó)宇航局的科學(xué)家將碳納米管與整容手術(shù)使用的橡膠聚合物結(jié)合在一起，開發(fā)出能將接觸表面的熱量傳遞給傳感器的人造皮膚。而在此之前，科學(xué)家就研制過(guò)能感受壓力和溫度的機(jī)器人皮膚。2015年，美國(guó)學(xué)者鮑哲南帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)利用光遺傳學(xué)，研制出可以向改造后的實(shí)驗(yàn)鼠大腦神經(jīng)細(xì)胞傳遞電信號(hào)的人造皮膚。而在同一年，韓國(guó)科學(xué)家也研發(fā)出一款人造皮膚，在感知能力上表現(xiàn)優(yōu)異。前幾日英國(guó)科學(xué)家的研究成果也是這一領(lǐng)域的突破。

　　有觀點(diǎn)認(rèn)為，兩種不同方向的人造皮膚是完全不同的概念。前者是修復(fù)受損皮膚的替代物，而后者只是像皮膚一樣的柔性電子傳感器，應(yīng)該稱作電子皮膚。前者只用于醫(yī)療領(lǐng)域，而后者可應(yīng)用于更廣闊的電子領(lǐng)域。目前看來(lái)，事實(shí)確實(shí)如此。電子皮膚除了成為人工智能的觸覺感受器，還可以幫助人類從假肢上獲得觸覺，甚至可以拋開“皮膚”的概念，僅作為輕薄柔軟的電子傳感器，為智能設(shè)備直接覆蓋或嵌入人體提供技術(shù)支持。

　　然而從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，這兩種材料發(fā)展到后其實(shí)是殊途同歸。人工皮膚的終目標(biāo)是制造可以替代人類的皮膚的材料，這難道不是電子皮膚的目標(biāo)之一嗎？人類的皮膚也只是特殊的“傳感器”，皮膚接受外界信息，將其傳遞給大腦處理，這與電子皮膚的原理是一樣的。電子皮膚在生物中的應(yīng)用試驗(yàn)也可以說(shuō)明人工皮膚只是電子皮膚仿真度更高的一個(gè)分支。

　　從人造皮膚誕生到現(xiàn)在還不到50年，人類已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的飛躍發(fā)展。雖然人造皮膚的研究還面臨這許多挑戰(zhàn)，但也許在有生之年，我們就可以看到像T-1000那樣外觀與人類幾乎沒有區(qū)別的機(jī)器人出現(xiàn)。

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