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        電子皮膚的“超能力”

        2020-10-21 07:30:46
        奇聞怪事 2020年10期
        關(guān)鍵詞:動動手假肢超能力

        相信看過電影《X戰(zhàn)警》的人都會為萬磁王強大而神奇的能力所折服,他可以控制任何金屬,無論他想干什么都完全不需要起身,只要動動手指就行了。

        實際上,隨著科技的進(jìn)步,我們的生活早已變得簡單了許多,比如使用帶有語音識別功能的電子設(shè)備就可以打開燈、打開空調(diào)等。在很多情況下,我們和萬磁王非常相像。現(xiàn)在,這種相似性將進(jìn)一步升級,電子皮膚的出現(xiàn)可以讓我們動動手指就能控制一些電子設(shè)備。

        在過去的幾年中,電子皮膚引起了軟件和材料工程師的廣泛關(guān)注。電子皮膚的功能多種多樣,它可以像創(chuàng)可貼一樣,貼在人體皮膚上,追蹤人體的肌肉運動、心率和大腦活動等健康數(shù)據(jù);它也可以讓機器人感受到環(huán)境的變化,未來甚至可能讓機器人擁有觸覺。

        接下來,就讓我們一起來了解神奇的電子皮膚吧!

        電子皮膚將世界置于掌中

        電子皮膚是一種能夠戴在手上的薄膜,或者可以移植到人體上的仿真皮膚。在電子皮膚中安裝不同的裝置,就可以讓它擁有不同的功能。

        2018年,德國亥姆霍茲聯(lián)合會(科研機構(gòu))的研究人員丹尼斯·馬卡洛夫和他的同事開發(fā)了一種可以在不接觸的情況下操縱物體的電子皮膚,它具備定向感知能力(確定物體的位置和遠(yuǎn)近)。

        這款電子皮膚是手套形狀的,在手心的位置是磁場傳感器,同時指尖還有微小的磁鐵。當(dāng)人的手做出各種動作時,指尖的磁鐵就會改變位置,進(jìn)一步改變手部附近的磁場,磁場傳感器便可以捕捉到手部的細(xì)微動作,并將動作指令傳輸?shù)较鄳?yīng)的電子設(shè)備上。

        戴著這款電子皮膚的實驗人員不需要接觸實際的鍵盤,就可以遠(yuǎn)程在虛擬鍵盤上打字。在另外的試驗中,研究人員在不接觸燈的情況下,動動手指,就成功改變了燈的亮度。

        研究人員說,未來電子皮膚將會給我們的生活帶來極大的便利。該設(shè)備可能在導(dǎo)航、機器人、再生醫(yī)學(xué)、體育、游戲以及虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實交互方面有很大的用途。研究小組還準(zhǔn)備將傳感器的靈敏度提高兩到三個數(shù)量級,并根據(jù)地球磁場校準(zhǔn)該設(shè)備。

        獲得真實的觸覺

        觸覺是人類最基本的五感之一,它能夠幫助人們感知周圍的環(huán)境,并且及時規(guī)避可能的危險。然而對于一些肢體不健全的人來說,想要正常地通過觸覺感受這個世界仿佛成了奢望。不過,電子皮膚的出現(xiàn)給這類人帶來了福音。

        目前,即便世界上最逼真、最仿生的假肢,也難以實現(xiàn)觸覺的突破。具有觸感能力的電子皮膚,卻完全能使假肢理解觸摸、彎曲或按壓等動作,幫助配有假肢的人恢復(fù)感覺。

        那么,電子皮膚是如何做到的呢?

        電子皮膚具有觸覺的原理大同小異,不同的研究機構(gòu)稍稍有些差別,這里以美國加州斯坦福大學(xué)研究人員開發(fā)出的一種高靈敏度的電子皮膚為例,這種電子皮膚甚至能夠感受到一只蝴蝶落在手上的輕微壓力。

        電子皮膚由三部分元件構(gòu)成:壓力傳感器、電路和具有特殊蛋白的神經(jīng)細(xì)胞,通過這三個元件,電子皮膚就能實現(xiàn)觸覺信號的接受、轉(zhuǎn)換和傳遞。壓力傳感器是皮膚最重要的感受裝置,它能夠感受到外界壓力的變化并將壓力轉(zhuǎn)換為電阻。傳感器連接著電路,將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電脈沖信號。接下來,通過光電裝置(比如微型LED燈),電信號又被轉(zhuǎn)換成光信號。含有特殊蛋白的神經(jīng)細(xì)胞再將光信號轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號,就這樣實現(xiàn)了觸覺的傳遞過程。

        能夠感知壓力的觸覺可以幫助人們識別物體的形狀和紋理等。如果同時使用可測量壓力、溫度、濕度和氣流的傳感器,電子皮膚最終會像真的皮膚一樣,甚至讓我們更加靈敏地感受世界。

        曾出現(xiàn)在科幻小說中的電子皮膚,現(xiàn)在已經(jīng)成為了現(xiàn)實中的技術(shù)。相信隨著研究的深入,電子皮膚能在醫(yī)療、增強人體功能等領(lǐng)域大放異彩。

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