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Nature Communications:多功能智能皮肤

摘要 : 本期Nature Communications报告了由硅纳米带做成的“智能”人造皮肤。这种智能皮肤包括张力、压力和温度传感器阵列以及湿度传感器、加热器和用于刺激神经的可伸展的多电极阵列。

 

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本期Nature Communications报告了由硅纳米带做成的“智能”人造皮肤。这种智能皮肤包括张力、压力和温度传感器阵列以及湿度传感器、加热器和用于刺激神经的可伸展的多电极阵列。

人皮肤中的感觉受体将来自外部环境的信号传给大脑。尽管我们在了解感觉方面取得了进展,但要在人造皮肤和假体中复制这些独特特点仍有挑战性。最近人们在开发智能假体(它们采用刚性或半柔性压力、张力和温度传感器)方面所做努力,为加载了传感器的仿生系统提供了充满希望的途径。然而,在可穿戴假体内的传统电子器件与软生物组织之间仍存在一个不匹配问题,这个问题妨碍了假体在截肢者身上的应用和性能表现。

Dae-Hyeong Kim及同事介绍了一种配备有无数传感器阵列的可伸展的人造皮肤,它们可以根据皮肤上作为目标的某一部分的运动被调节而伸展。作者指出,这种设计能极大增强人造皮肤响应于外部环境变化的认知能力。将可伸展的湿度传感器和加热元件集成在内,进一步使得这种人造皮肤能够对皮肤水分和身体温度分别进行感应和调控。然后,相应的电刺激可以从人造皮肤传输到身体,通过一个超薄的多电极阵列(该阵列涂有用于控制炎症的二氧化铈纳米颗粒)去刺激周围神经。这种设计也许能为新兴假体和周围神经系统界面技术提供独特的机会。

原文标题:Stretchable ​silicon nanoribbon electronics for skin prosthesis

原文摘要:Sensory receptors in human skin transmit a wealth of tactile and thermal signals from external environments to the brain. Despite advances in our understanding of mechano- and thermosensation, replication of these unique sensory characteristics in artificial skin and prosthetics remains challenging. Recent efforts to develop smart prosthetics, which exploit rigid and/or semi-flexible pressure, strain and temperature sensors, provide promising routes for sensor-laden bionic systems, but with limited stretchability, detection range and spatio-temporal resolution. Here we demonstrate smart prosthetic skin instrumented with ultrathin, single crystalline ​silicon nanoribbon strain, pressure and temperature sensor arrays as well as associated humidity sensors, electroresistive heaters and stretchable multi-electrode arrays for nerve stimulation. This collection of stretchable sensors and actuators facilitate highly localized mechanical and thermal skin-like perception in response to external stimuli, thus providing unique opportunities for emerging classes of prostheses and peripheral nervous system interface technologies.

来源: Nature Communications 浏览次数:105

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