研究人员开发电子皮肤 为机器人和假肢提供触觉

无线生物信号传输领域的研究不再是现代假肢领域的边缘现象。许多国际研究小组正在研究可能的解决方案，以创建更流畅的人机界面。由MedUni维也纳外科部的Oskar Aszmann领导的研究小组首次与商业合作伙伴Otto Bock Healthcare Products和的一个开发小组(Alfred Mann Foundation)合作，成功地将三个男性患者的传感器植入神经转移以传输生物信号，用于机器人手臂的无线控制。

“经过两年多的观察，结果表明，与标准系统相比，数据传输非常可靠，使用速度更快更安全，”首席研究员Aszmann表示，他对这个试点项目非常满意。结果现已发表在Science Robotics上。

国际研究小组相信，在不久的将来，无线生物信号传输系统不仅将用于现代假肢领域，而且还将在许多其他生物技术领域做出重要贡献。

“这些患者由于职业或道路交通事故而患有肘部截肢术。在这种情况下，他们不仅要用手和手腕取代肌电假体，还要用肘部取代。植入的传感器传输从截肢残肢到假体的无线肌肉信号，同样通过假体轴上的磁性线圈进行无线充电，“MedUni维也纳外科部的研究作者Stefan Salminger解释道。

结合在截肢前负责手和手臂功能的神经的选择性延伸，这些患者能够直观地控制假体。这种可植入技术尤其可以显着改善肌肉信号质量，尤其是假体控制的可靠性。

独特的传感器系统响应速度比人类触觉快1000倍，是电子皮肤最快的速度

使用异步编码电子皮肤(ACES)，一种由新加坡国立大学(NUS)的研究人员团队开发的人工神经系统，机器人和假肢装置可能很快就具有与人类皮肤相当或更好的触感。。

新的电子皮肤系统实现了超高的响应性和对损坏的鲁棒性，并且可以与任何类型的传感器皮肤层配对，以有效地用作电子皮肤。

由新加坡国立大学工程学院材料科学与工程系助理教授Benjamin Tee及其团队实现的创新于2019年7月18日在着名科学期刊Science Robotics上首次报道。

比人类感觉神经系统更快

“人类利用我们的触觉来完成几乎每一项日常任务，例如拿起一杯咖啡或握手。没有它，我们甚至会在走路时失去平衡感。同样，机器人需要有一种感觉触摸以便与人类更好地互动，但今天的机器人仍然无法很好地感受到物体，“Tee教授Tee教授解释说，他已经从事电子皮肤技术十多年，希望为机器人和假肢装置提供更好的触觉。

从人类感觉神经系统中汲取灵感，新加坡国立大学团队花了一年半的时间开发出一种可能表现更好的传感器系统。虽然ACES电子神经系统检测到人体传感器神经系统等信号，但它由通过单个电导体连接的传感器网络组成，与人体皮肤中的神经束不同。它也不像现有的电子皮肤，它具有相互连接的布线系统，可以使它们对损坏敏感并且难以按比例放大。

图片来源：新加坡国立大学

详细阐述了灵感，Tee助理教授，他还兼任新加坡国立大学电气和计算机工程系，新加坡国立大学健康创新与技术研究所(iHealthTech)，N.1健康研究所和混合集成柔性电子系统(HiFES)。程序，说，“人类的感觉神经系统是非常有效的，它一直工作到我们经常把它视为理所当然的程度。它也非常强大的损害。例如，我们的触觉不会得到如果我们能够模仿我们的生物系统如何工作并使其更好，我们可以在机器人技术领域取得巨大进步，其中主要应用电子皮肤。“

ACES可以检测到触摸的速度比人类感觉神经系统快1000倍。例如，它能够在不到60纳秒的时间内区分不同传感器之间的物理接触 - 这是电子皮肤技术实现的最快速度 - 即使有大量传感器也是如此。ACES启用的皮肤还可以在10毫秒内准确识别物体的形状，纹理和硬度，比眨眼快10倍。这是通过ACES系统的高保真度和捕获速度实现的。

ACES平台还可以设计为实现对物理损坏的高稳健性，这是电子皮肤的重要特性，因为它们经常与环境物理接触。与用于互连现有电子皮肤中的传感器的当前系统不同，ACES中的所有传感器可以连接到公共电导体，每个传感器独立地操作。只要传感器和导体之间有一个连接，这样就可以使ACES电子皮肤继续工作，从而减少损坏。

用于机器人和假肢的智能电子皮肤

即使传感器数量不断增加，ACES的简单布线系统和卓越的响应能力也是促进机器人，假肢设备和其他人机界面中人工智能(AI)应用智能电子皮肤扩展的关键特性。

“可伸缩性是一个重要的考虑因素，因为大型高性能电子皮肤需要覆盖机器人和假肢装置的相对较大的表面区域，”Tee助理教授解释道。“ACES可轻松搭配任何类型的传感器皮肤层，例如，用于感应温度和湿度的皮肤层，以创建具有卓越触感的高性能ACES电子皮肤，可用于多种用途，“ 他加了。

例如，最近由Asst Prof Tee团队开发的ACES与透明，自我修复和防水传感器皮肤层配对，创造出一种可以自我修复的电子皮肤，就像人体皮肤一样。这种类型的电子皮肤可以用来开发更逼真的假肢，帮助残疾人恢复他们的触觉。

其他潜在的应用包括开发更智能的机器人，可以执行灾难恢复任务或接管平凡的操作，如仓库中的物品包装。因此，国大管理团队正在寻求在下一阶段的研究中将ACES平台应用于先进的机器人和假肢装置。

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