人造皮肤在感应触觉和接近方面超越天然皮肤

正如情人可能会保证的那样，复杂的触觉细微差别，包括没有身体接触的接近和触觉压力的渐变，传达了丰富的感官体验和多维认知追求。生物实体或机器与有机体之间的智能交互需要能够感知强度波动和预接触接近度的人造皮肤。到目前为止，人造皮肤的发展主要是将触觉作为一种单一的功能范式进行探索，很少关注来自环境的信息丰富的输入，这些输入传达了接近或接近的信息。

新加坡南洋理工大学机械与航空航天工程学院的科学家们开发出一种灵活的离子电子双重响应人造皮肤(i-DAS)，它对外部物体施加的压力及其作用方式敏感。此外，这种人造皮肤超越了天然皮肤的能力，可以收集有关接近物体的材料类型和成分的信息。

有关这种复杂人造皮肤开发的详细信息已发表在Small杂志上(“用于触觉和非接触式界面的双重响应人造皮肤”)。该研究由南洋理工大学助理教授YifanWang博士领导。这种双重响应人造皮肤的应用是多种多样的，从包括智能机器人、人机界面、虚拟或增强现实和人工智能在内的下一代电子产品到高级假肢。

“我们创造了具有优于人类皮肤的传感能力的人造皮肤。与人类皮肤从触摸动作中感知大部分信息不同，这种人造皮肤还获得了以非接触或接近操作编码的丰富认知信息，”王说。“这项工作可能会导致下一代机器人感知技术优于现有的触觉传感器。”

双响应传感的早期工作依赖于静电感应。这涉及测量各种刺激下信号幅度的变化。不幸的是，信号极性使得此类设备在没有交互历史信息的情况下很难明确区分刺激之间的差异。电容式压力传感器能够进行非接触式检测，包括具有相反极性的信号，因此胜过早期的电阻式传感器。尽管取得了这些成就，但在接近感知或接近开关方面的进步仍然有限。

在当前的研究中，研究人员利用在高度多孔的离子电子海绵中形成的双电层(EDL)的高电容特性来设计增强型人造皮肤。

Iontronics是一项新兴技术，涉及对离子作为信号载体的复杂控制，这些信号载体在固态电子和生物系统中充当桥梁。信息通过神经元传输，当离子穿过细胞膜时，神经元动态极化或去极化，是天然离子电子学的一个例子。离子电子学的原理是水回路的结构和功能组件通过电荷、迁移率和亲和力不同的离子运行和相互作用。通过模仿生物学，使用多离子载体的离子电子设备为传感、生态友好型监测和脑机接口提供生物相容和可生物降解的逻辑电路。

在这项研究中，研究人员使用人机界面展示了他们的双模式人造皮肤的功能，例如虚拟游戏角色的操纵、电子地图的导航和放大以及电子文档的滚动。

人造皮肤可以在不同的接近目标上检测到不同的信号，使得非接触式物体识别成为可能。研究人员展示了iDAS无需接触即可根据成分对材料进行分类的能力。iDAS成功地对金属、聚合物和人体皮肤进行了分类。这项概念验证研究是离子电子设备的里程碑。

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