智能觸覺傳感器讓紡織皮膚“感同身受”

文/陳萬瑜

皮膚，是人體最大的器官，也是人體的第一道防線。通過神經傳感的作用，皮膚可將周圍環(huán)境的壓力、溫度以及質地等信息傳遞給大腦。當皮膚因燒傷等意外發(fā)生大面積缺損時，人體“自穩(wěn)”狀態(tài)被破壞，嚴重時可能引起機體的系列并發(fā)癥甚至死亡。

而今天，利用工程原理構建人工皮膚的技術日臻成熟，它不僅可以使創(chuàng)面形態(tài)保持完整，還能使患者愈后不留疤痕。因此，被廣泛用于皮膚移植、治療和改善，人工皮膚也將實現產業(yè)化發(fā)展。

怎樣讓人工織物皮膚在形態(tài)和功能上都能更好地替代生物皮膚呢？怎樣才可以讓織物機器人變得更靈敏，像人類一樣感知世界呢？多年來，人類從未放棄過對自身皮膚敏感度的不斷模仿，這也催生了智能傳感器設計的迭代創(chuàng)新。美國斯坦福大學研發(fā)的一種“數碼皮膚”可模仿人類的觸覺，并將其傳送至大腦。韓國首爾大學的新型毛狀電子皮膚，能使機器人快速分辨出呼吸引起的空氣微動或者微弱的心跳震動。我國哈爾濱工業(yè)大學航天學院復合材料與結構研究所赫曉東教授、王榮國教授團隊研制出的一種“汗毛-皮膚”傳感器，讓材料屬性的評估逐步進化到新的維度。韓國科研團隊研發(fā)的新型觸覺傳感器，讓人造皮膚變成更容易“感同身受”的智能皮膚。韓國大邱慶北科學技術院與韓國成均館大學的智能紡織品融合研究科學家聯合開發(fā)出一款新型人工皮膚觸覺傳感器?，F有傳感器只能采集到壓力和溫度信息，而該傳感器可同時得到壓力和振動數據。這是對人體皮膚觸覺的進一步模仿，因為這些數據可幫助了解面料的粗糙程度。具體說，新型傳感器可把檢測到的壓力、振動以及表面粗糙度信息轉化為電子信號，提高人工皮膚對物理刺激的識別精度。

這款能檢測紡織質地的智能傳感器之所以與眾不同，是因為它利用了慢速自適應(SA)算法和快速適應性(FA)兩種算法原理，分別采集壓力、振動和粗糙度信息?？蒲腥藛T將傳感器置于柔性敏感薄膜內，通過上、中、下三層膜的分工來采集和處理數據，最后利用摩擦生電原理把粗糙度轉換成電子信號。目前，該智能傳感器已成功區(qū)分出12種面料的粗糙度，準確率逾99%。

該團隊高級研究人員崔昌盛 （Changsoon Choi)表示，該智能傳感器的研發(fā)靈感來自一部電影的場景。演員進入鏡頭前穿上了一種特殊的服裝，就能通過虛擬現實技術體驗到痛覺。如今，他們研制的新型智能傳感器的體驗服裝，也能讓體驗者感受到“真實”的觸覺。

就像崔昌盛希望的那樣，該科研成果可促進人造皮膚等技術的新一輪創(chuàng)新。對需要皮膚移植的患者而言，這一消息無疑給他們帶去了福音。除了醫(yī)學應用，在智能穿戴、機器人領域，這款新型智能織物傳感器將有更多的應用前景。