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电动皮肤给截肢者以感觉

在高级假肢领域,大部分谈话都围绕着让截肢者恢复失去肢体的机械功能而失去的独立性。到目前为止,这看起来像是更智能的仿生腿,更容易行走,机器人手臂有抓持功能,以及其他机器人身体增强功能。

但我们似乎忽略了失去肢体的一个关键方面——触觉。

在我们的四季超人秀,我们专注于帮助患者恢复健康和行动能力的技术。但《超人》的核心突出了医疗技术的进步,使我们每个人都具有了人性。还有什么比触摸更人性化?

在本季《超人》的最后一集中,我们将探索电子皮肤(也称为电子真皮)的开创性技术。

约翰·霍普金斯生物工程实验室的研究人员正在开发修复皮肤

卢克奥斯本博士候选人和研究员约翰霍普金斯生物医学工程实验室在过去的几年里,他一直在开发电子真皮。

研究人员卢克·奥斯本(Luke Osborn)曾在为截肢者研制电动皮肤。

电子真皮是一种灵活的传感器,可以模拟人类皮肤的感觉品质。卢克解释说,“如果你看到你皮肤的一个小横截面,看到所有不同的受体,你会注意到它们并不都在一层。它们被抵消了,有些在皮肤上比其他的高。所以我们建立了电子真皮来模拟它。”

卢克的电皮肤研究的导火索是近80%的截肢者都会经历幻觉肢体综合症。

假肢疼痛加剧了这种感觉

对于你们这些人来说,“对了,什么是幻肢疼痛?”把它看作是一种持续不断的感觉,来自一个不再存在的肢体。幻肢综合征可表现为疼痛,但截肢者也可能感觉到肢体仍有功能,甚至有东西碰到缺失的肢体。截肢者的感觉是100%真实的。

虽然肢体可能不见了,但大脑中与那条缺失肢体相连的部分仍然存在,而且至少在某种程度上仍然能够发挥作用。

电皮肤,第一次接触

安德鲁·鲁宾是卢克研究的对象。15年前,安德鲁的手和脚受伤,没有任何感觉和行动能力。几年前,他决定对他们进行截肢治疗。

在视频中看到,卢克必须绘制安德鲁手臂上的神经,这样他才能将电子真皮传感器的信号发送到安德鲁的大脑。卢克解释说:“截肢后,感觉神经通过你的手臂向上进入你的大脑,通常仍然存在。所以我们要做的就是找到它们的位置。”

在这个数字中卢克·奥斯本的研究,你可以看到电子真皮的触觉信息是如何通过控制中心和刺激器进入大脑的。

“很难解释这种感觉是什么样的……我想,就是这样……一种持续的视觉化。你重新想象以前没有的东西。”

安德鲁·鲁宾

在表皮下面

那么是什么赋予了这种电感觉贴片感觉的能力呢?卢克·奥斯本的研究主要集中在压力感知和无害、有害或无害、痛苦的感觉上。

这片人造皮肤的工作原理与我们自己的指尖探测痛苦或不安全物体的方式非常相似。我们经常发现尖锐的东西是危险的,然后松开我们的手。而圆形的东西则不构成同样的威胁。

通过根据物体的曲率来读取物体,电皮肤能够确定半径的减小(更尖锐的东西)与疼痛有更高的相关性。结果,大脑告诉假肢放手。

在卢克研究的第二幅图中,疼痛反射是通过释放尖锐物体所需的时间来确定的,与上面圆形物体相比。

人工皮肤的未来

电子真皮仍在大量研究中。但正如今天所见,即使是在早期阶段,这种电皮肤也有可能恢复截肢者的身体功能。

“在这些实验中,我所经历的并不是失落。我体验到‘我的拇指就在那里’的存在,这充满了可能性。”

安德鲁·鲁宾

我们倾向于认为我们的皮肤是把我们与世界分开的东西。但这也是我们和它的联系。这项研究有希望让假肢使用者有一种我们很多人认为理所当然的连接感。

有灵感吗?这位超人正在测试地球上最先进的仿生肢体之一,以及他如何激励我们未来的“放大人类”。现在就来看看新兴的电子人吧:

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