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中美韩科学家联合研获世界首条柔性人造触觉神

时间:2019-07-24 00:51来源:政治头条
中新社天津6月7日电记者7日从南开大学获悉,该校电子信息与光学工程学院徐文涛团队与美韩两国科学家合作,研发出世界上首条柔性人造触觉神经,让更智能的人造皮肤离现实又近了

中新社天津6月7日电 记者7日从南开大学获悉,该校电子信息与光学工程学院徐文涛团队与美韩两国科学家合作,研发出世界上首条柔性人造触觉神经,让更智能的人造皮肤离现实又近了一步。

人类皮肤是极为复杂的系统,其中有成千上万个感受器用于感知压力、温度、位置等信息。这些信息被转化成神经信号,在外围神经和中枢神经中逐级传送。如果能让机器人拥有类似皮肤的触觉,可以感知温度、压力,甚至具有神经活动,那么它们将“解锁”更多新技能。

南开大学电子信息与光学工程学院教授徐文涛说:“人体神经系统用极为高效的机制来处理现实世界所遇到的问题。外界刺激通过感知机械力的受体、局部的神经簇逐层传递到下一级神经、脊髓、以及大脑。只有信号积累到一定的强度,才会传递到下一个环节。这样一来,就省却了许多不必要的信号处理过程,大大提高了效率。”

徐文涛介绍,他及其合作者要解决的核心问题和关键难点在于,设计并实现与生物神经系统工作原理相似,并能够与生物神经信号兼容的人造系统,并使这套系统具有很好的柔韧性。

基于上述设想,中美韩联合研究团队利用柔性有机材料模拟了人体SA-I触觉神经。这种人造感知神经由三个核心部件组成:电阻式压力传感器、有机环形振荡器、突触晶体管。

该系统首先利用一系列感受器感知极为细微的压力,并产生相应的电压变化,随后通过环形振荡器将电压变化转变为电脉冲信号。多个环形振荡器得到的电信号被突触晶体管集成转变为突触电流,进而传递到下一级神经。

据介绍,这种人造神经能够很好的模拟人类皮肤触觉功能,能够与生物体神经信号兼容,开创性地制造出柔性人造感知神经,并实现人造神经与动物神经形成的杂化反射弧。研究人员已成功地利用其与蟑螂腿实现连接以及运动控制,初步证实了这种兼容性。

徐文涛称,这种人工神经触觉系统具有良好的生物兼容性、柔性和高灵敏度,它可应用于假肢中与人体神经系统相兼容的感知的实现,柔性轻质的结构将使相关产品具有很好的舒适性;对神经系统疾病治疗具有潜在意义。同时,这种人造神经可应用于软体机器人,使其实现类似人类感知,并在极端工作环境中替代人。

这一研究成果在最新一期国际顶级刊物Science杂志全文发表。

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