压阻式传感器安装在模型机器人手的手指上

  一种如同皮肤般的高分子材料正在使用碳纳米管给机器人和假肢装置带来触摸的感觉。由斯坦福大学和施乐公司帕洛阿尔托研究中心的研究人员开发出来了一种高分子皮肤，这种数字触觉系统（DiTact）包含了加入碳纳米管的压力传感器和灵活的有机印制电路，用来模仿人类的反应。

  研究团队表示他们的目标就是制造一种能像人体一样传递信息的传感器皮肤。这个目标是使装在假肢上的皮肤能以自然的方式感觉到触摸，并且将这些信息传达给戴着假肢装置的人。

  在人体内，皮肤中的受体如同发送摩尔斯电码一样直接向大脑中传递一系列电压脉冲式的遥感信息。而之所以努力尝试使人工设备具备触觉传感能力，是为了提高残障人士对假肢的控制和减轻他们的幻肢痛。但是到目前为止人工皮肤设备不得不使用电脑或微处理器来使传感器输出的信号与神经元兼容。

  与此相反，最新的研究成果是使系统结合了带有嵌入式压阻压力传感器的柔性电路层。传感器是由碳纳米管复合分散在一个灵活的聚氨酯塑料中并被塑造成金字塔结构。这种金字塔形状是至关重要的，因为它允许传感器的感知区间与皮肤能感受的压力范围相匹配。

  该设备操作简单: 传感器上的压力挤压碳纳米管使之相互接近，以便电流流过。压力的变化直接转化为数字信号，其中频率随强度的刺激而变化，以模仿皮肤中触觉感受器的行为。

  该团队表示，当将这种装置放入实际设备如假肢或穿戴设备中时，传感器可以检测到柔软的触感和坚定有力的握手之间的区别。而在使用喷墨打印技术制造的内含可伸缩银纳米线导体的柔性有机电路层后，传感器产生的信号可以从外部导入。系统的数字信号甚至可以如同光信号和电信号一样直接刺激小鼠脑组织神经元。


  通常连接大脑的假肢装置是通过电刺激完成类似的工作的。但是有趣的是，该团队尝试了称为 ”遗传学刺激“的技术，用数字信号用来调节LED光源，使之通过光活化的离子通道产生神经放电。

  相关人员表示，新的系统存在一些优势，其简单传递信息的方法是大脑细胞能够理解的。而由于它是由塑料材料制造的，其成本会大大降低。而且传感器对噪声不敏感，信息可以被传递到很远而依然准确。

  就像真正的皮肤一样，DiTact也非常高效。根据研究人员的计算，他们的系统能够在相当于一个iPhone电池的电量下工作500天。该小组现在正在努力减少传感器的尺寸和提高其灵敏度来改善系统，以便能从简单的静态压力中区分更细微的移动刺激 (例如抚摸) 。

  相关研究成果发表在Nano Today上，论文地址：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013215300670