【機械人發展】電子皮膚新層次模擬 促生物醫學+智能機械人技術

科技 12:30 2020/09/21

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業界對於電子皮膚的要求正不斷提高,有否想過機械人擁有電子皮膚後,也能擁有真實觸感、產生痛覺?

隨着電子皮膚(Electronic Skin,e-Skin)在製造義肢、醫療檢測及診斷等方面的應用增加,業界對於電子皮膚的要求正不斷提高,發展至超薄兼可拉扯伸展、進行多參數檢測。但有否想過機械人擁有電子皮膚後,也能擁有真實觸感、產生痛覺?

最近墨爾本皇家理工大學(RMIT University)研究團隊宣布,能夠模擬人類產生痛覺反應的皮膚。團隊設計出3種皮膚傳感器,包括熱感測器、痛覺感測器,以及備有感測壓力、震動觸覺功能的人造環層小體(lamellar corpuscle)。

促進生物醫學 發展人工體感

人體皮膚遍及全身,並由複雜的感覺接受器(Sensory Receptor)組成,每當檢測到刺激,就會迅速向中樞神經系統發出訊號,再產生反應,感知到外界資訊變化,以及具有保護身體、排汗、感知冷熱與壓力等功能。而上述的3種新研發感測器,就可理解為多種人體皮膚單元功能的組合。

來自墨爾本皇家理工大學教授兼功能材料及微系統小組聯合負責人、論文合著者之一的Madhu Bhaskaran表示,研發疼痛感應電子皮膚,是為了促進下一代生物醫學技術及智能機械人技術發展,也是未來發展人工體感反饋系統的關鍵一步,可望為未來製造出真正的智能義肢及智能機械人鋪路。

電子皮膚如何感知、接收疼痛?它分別用於壓力及溫度檢測資訊傳遞的兩個路徑,當壓力、溫度或疼痛達到設定的指標時,3個感受器的儲存單元都將觸發相應警示。研究團隊還表示,製造過程中不需要單獨、複雜的熱電模組,或壓電式壓力感測器。

具柔韌延展性 可作皮膚移植

該項研究已獲得臨時專利,並且結合了該團隊早前已獲取的3項專利技術,包括

  • 模仿大腦記憶的電子細胞:可以模仿大腦長期記憶,回憶、保留先前信息
  • 具有溫度反應性的塗層:比頭髮絲細1,000倍的塗層,由能對溫度產生反應的材料所製
  • 具柔韌、可延展的電子裝置:只有一張紙厚度,將氧化物材料與生物相容性有機矽膠相結合。

而Madhu Bhaskaran表示,由於其電子皮膚備有柔韌及延展性,未來還有可能用於非侵入性皮膚移植。

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事實上,市場對於電子皮膚感測的新應用研究不斷,如首爾大學的機械工程系教授Seung Hwan Ko及韓國科學技術高等研究院(KAIST)教授Sungho Jo,日前就研發電子皮膚感測器,只需要將該感測器綁在手腕,便能感測手指的訊號,透過深度學習來推測手指的運動狀況,可應用於可穿戴式虛擬實境(VR)系統。

而南韓大邱慶北科學技術院的科學家研發出一種類似皮膚、能夠感知熱和刺痛的技術,能依靠傳感器及電子訊號來探測感覺,並判斷何時會感到疼痛,幫助開發機械義肢的新技術。

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責任編輯:張寶燕

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