韩国科学家研制有触觉的人造皮肤 可感知体温和触觉
2015-01-29 11:29:00   来源:人民网
内容摘要
韩国研究人员说,他们制造出了一种新的人工合成皮肤,不仅摸起来能感到体温,还有触觉和湿润感。这种以聚合物为基础的弹性材料的设计目的并不是用来取代因烧伤等原因而受损的人类皮肤,而是为人体义肢或者类人机器人的肢体提供高清感知能力。

 

据外媒报道,近年来,科研人员在制造与真人肢体相似的假肢方面取得了相当大的进展,不过,它们看上去、摸上去还是像假肢。如今,来自韩国的科研新成果有可能打破这一局限。研究人员说,他们制造出了一种新的人工合成皮肤,不仅摸起来能感到体温,还有触觉和湿润感。

据悉,机器人的手越来越善于模仿人手的动作,最先进的甚至可以由意念来控制。不过,佩戴仿生手的人必须依靠他们的视觉才能知道他们摸到或抓住的是什么物件。

如今,韩国和美国的研究人员说,他们已经制造出可伸缩的人工皮肤,这种皮肤可以感觉到热度、压力和湿度。

这种以聚合物为基础的弹性材料的设计目的并不是用来取代因烧伤等原因而受损的人类皮肤,而是为人体义肢或者类人机器人的肢体提供高清感知能力。

 

 

研究组带头人是国立首尔大学化学与生物工程学院教授金大炯(译音,Kim Dae-Hyeong)。他说,人造皮肤的传感器是对人类皮肤的精致仿造。

他说:“这种皮肤可以感觉到压力、张力、温度和湿度。另外,它还跟人体皮肤一样柔软,还嵌入了加热元件,让自身也变得温热。”

金大炯说,人造皮肤由橡胶、聚酰胺和硅聚合制成,传感器的分布密度每平方毫米高达400个。

包上这种新皮肤的人造手可以区分干燥和湿润物体,还能测知握力。

不过,金大炯说,它还无法把这些信号传导至人类大脑,而那是科学家的终极目标。

“我希望装上这种人工合成皮肤的机器人肢体可以被残障人士使用。至于工业用途,它可以用于不同类型的机器人,比如类人机器人。”他说。

科研人员说,有了这种感觉敏锐的皮肤,机器人也许某天可以在键盘打字甚至换掉婴儿的湿尿布。

 

【科技改变生活 人造器官改变医疗发展进程】

人造性器官实验成功 或帮残疾男性恢复雄风

讯据《观察家报》报道,科学家已经在实验室培育出一种人造阴茎,来帮助那些遭受先天性阴茎畸形或者阴茎外伤的男性。这种工程设计的阴茎是由美国北卡罗来纳州维克森林可再生医学研究所的研究人员研发出来的,目前这一技术正等待获得在人类身上进行测试的许可。

这项研究是由美国军方的可再生研究所资金赞助的,该研究所的目标是借助技术帮助那些在战场上受伤的士兵们。研究所的负责人Anthony Atala教授称,这个项目的目标是为那些阴茎受伤或者先天性畸形的病人提供帮助。这种阴茎将使用病人自己的细胞进行培育,以此避免出现器官移植后的免疫排斥风险。

Atala教授之前在2008年曾成功完成了一个为兔子培育阴茎的项目。之前对兔子的研究表明,一旦移植成功,身体就会把它识别为自己的一部分。他说道:“针对兔子的研究是非常令人鼓舞的,但是获得人类测试的许可,我们还需要全部的安全和品质保证数据。我们需要证实材料是无毒的,而且我们还需要一步一步的把过程解释清楚。”

Atala告诉《路透社》称,作为一名儿科泌尿科医生,他的灵感来自于那些天生患有生殖器缺陷的婴儿。人类捐献者的阴茎移植一直以来都饱受争议,第一次成功的移植也曾被迫推迟了两个周。虽然阴茎移植手术并不比其它的移植手术复杂,但它并不常见,医生们也质疑这种移植是否能够使它恢复全部功能。

维克森林研究所目前正在对30种不同的组织和器官进行研究,而且在过去已经成功在实验室培育出了器官。研究所在1992年精心安排了第一场人体膀胱移植手术,并且在2004年和2005年分别进行了第一场尿道移植手术和第一场阴道移植手术。

 

跨学科团队科学家创造出新型人造视网膜

近日,一个跨学科的多研究团队创造了一种新型的人造视网膜,这种视网膜能够以更加简单的方式行使更好的功能,或能够用于治疗老年性黄斑变性造成的视力损伤。本研究成果题为“Semiconductor Nanorod–Carbon Nanotube Biomimetic Films for Wire-Free Photostimulation of Blind Retinas”于近日发表在国际顶级杂志Nano Letters上。

视力的丧失,通常是视网膜变形所引起的,对许多人来说是严重影响生活的一种健康问题,尤其是随着年龄的增长,这种问题愈加突出。目前,越来越多的医疗器械已经被用于治疗身体疾病,包括视力障碍。本研究团队的领导者Yael Hanein与其同事表示,具有一种眼障碍(老年性黄斑变性;AMD)的患者,能够潜在的受益于这样的装置。老年性黄斑变性大多发生于45岁以上,其患病率随年龄增长而增高,是当前老年人致盲的重要疾病。

目前,科学家们正在尝试不同的方法来发展一种能够“看见”光线的植入物,并能够传递视觉信号到患者的大脑,来治疗老年性黄斑变性及相关的视觉障碍。但是到目前为止,许多的尝试使用的仍是具有低分辨率的金属部件和繁琐的布线。

来自以色列特拉维夫大学、耶路撒冷希伯来大学纳米科学中心及英国纽卡斯尔大学的一个跨学科的研究团队希望能够研究出一种更加紧凑有效的装置来改善这种状况。研究人员通过结合半导体纳米棒和碳纳米管创造了一种无线的并且具有光敏感性的柔韧性薄膜,通过实验动物的实验检测发现,这种薄膜能够潜在的在受损的视网膜部位行使功能。当他们在不能应答光线的鸡视网膜中检测这种人造视网膜时,他们发现:这种薄膜吸收了光线,随后作为应答引起了神经元的活动。对比于其它的现有技术,研究人员表示,他们所创造的人造视网膜更加的耐用、柔韧和高效,并且能够更好的刺激神经元来行使功能。

 

大脑可人造?10个可替换的人体器官

大脑可人造?10个可替换的人体器官。人的身体是十分脆弱的,有些娇弱的器官一旦破坏就永远难以复原。幸运的是,世界各地的研究人员都在研究能替代我们身体部位的生化机械器官。

1、超敏感电子皮肤

皮肤辛苦的担任着包裹我们和保护我们整个身体的责任,因此它也成为了最容易被伤害的器官。当皮肤被烧伤或者被割破,你最快的选择是从身体其他部位移植一部分过来。然而,感谢斯坦福大学科学家的研究,一种能有效替代人体皮肤的材料,不久后将面世。

斯坦福大学的Zhenan Baohas 研发出了一种具备超弹性、超耐性和超敏感的材料,能够作为未来发展人工皮肤的基础。以前,人们也研究过生化皮肤,但是Baohas的材料比以前研发出来的更具敏感性。它带有有机转换物质和一层弹性材料,保证它在不被破坏情况下的延展性。另外,这种材料带有一系列的太阳能电池元件,可以自动充电。

2、在培养皿中跳动的心脏

长久以来,科学家一直在研究干细胞分化为心脏组织的潜力,今年当他们创造出可以自己搏动的心脏组织时,这一研究工作达到了一个重要的里程碑。

匹兹堡大学的研究小组从来自皮肤的干细胞培养出MCPs,一种可以作为心血管组织驱动器的特殊细胞。他们把这些细胞放在一种可以维持老鼠心脏的3-D支架上。在20天内,新的心脏开始以每分钟40~50次的速率搏动。

虽然这个心脏太虚弱,不能真的输送血液,但是这种细胞组织在修复受伤的心脏肌肉方面具有巨大潜力。

3、触感人造手

现在的假手除了具备手的外形外,几乎没有其他功能。当然,这些假手能够拿东西和保持身体平衡,但是它们缺乏人手最重要的功能之一——触感。装了假手的人在碰触到一样物品时,如果不用眼睛看,是没法判断东西的。

芝加哥大学的一个研究小组制造了一种能够向大脑传递信号的假手来解决这个问题。他们以猴子为测试对象,研究动物大脑对触摸信号的反应。当装备了可以刺激大脑的假手后,那些猴子的反应就好像他们身体接触到了物体一样。

将这些类似的信号通过编程的方式写入造假肢,会给截肢者带来和以前研发出来的产品完全不同的假肢。

4、思想控制仿生腿

虽然仿生腿对截肢者来说是巨大的福音,但是它们与人体缺乏真正的神经联系,导致依靠仿生腿走路十分麻烦和劳累。但是去年,西雅图的居民Zac Vawter 安装了世界上第一支思想控制的腿,一种直接接受从他大脑发出信号的仿生肢体。

这项技术曾经运用于武器,但是运用在仿生腿上会更复杂。误读信号可能导致安装者跳下桥或站在开动的车辆前,依靠思想控制的仿生腿需要比武器更为复杂的程序。

正如研究者指出的那样:如果你使用仿生胳膊,而胳膊动作做错了,可能只是手肘偏移预订位置。而如果仿生腿动作做错了,那可能就是生命安全问题了。

Vawter 使用仿生腿在芝加哥一栋高楼里向上爬了103个阶梯,但是仿生腿的设计者们仍然在尝试提高它的性能。为了使它能适用于日常生活,设计者们必须让它更轻更薄。它的衍生品(充气仿生腿)可以满足陆军对于仿生腿的阶段性目标——行走一万步不用充电。

5、微型人脑

但是这并没有阻止科学家在实验室发展人造大脑。今年奥地利的科学家仅从干细胞开始,成功地创造出等同于9个周大的婴儿的大脑。目前,这些大脑只有豌豆大小,也不能思考。阻止这些试验品发育成具有完全功能的大脑的因素是它们没有血液供给。

尽管这些大脑没有进入任何人的身体,但是他们给科学院研究脑科疾病提供了原材料。

6、3-D 打印耳朵

我们发展出人工记录声音的技术已经有几十年了,但是人工植入器官在耳朵这一领域没有任何改变。

你可能认为生长在头两边的肉块极易替换,因为它们只是皮和软骨,而不是复杂的器官。事实上,科学家在制作假耳上并没有做得非常出色。传统的替代耳朵看起来或感觉起来都像塑料玩具。

但是今年,研究者提出一种新的方法,这种方法可以通过真的细胞制作出有弹性真实的耳朵。这些细胞来自老鼠和奶牛,可以形成胶原凝胶,按任何模具成型。

当放入使用3-D打印技术制作的耳朵模型后,一个小时内那些凝胶形成了一只假耳。在移植到对象之前,人造耳朵只需要在营养成分中生长培养几天。

这些人造耳朵对那些遭受过耳朵伤害或者耳朵停滞发育即患有小耳畸形的人来讲是巨大的福音。

7、闻疾病的鼻子

科学家们在赋予人体器官原本能力方面投入很深,但是为何要仅限于此呢?

当伊利诺伊大学的研究员着手建立一种靠嗅觉来鉴别化学物质的装置时,他们并不满足于提高人类鼻子的灵敏度。相反,他们发展出一种假鼻子,依靠对细菌的气味来鉴别和诊断某些疾病。

产品看起来并不太像一个鼻子,而是一个瓶子,装满了培养细菌的营养液体。但是给这个“鼻子”一个血液样本,让它嗅上一段时间,这个瓶子的斑点会改变颜色来表示它鉴别出的细菌种类。

8、人工胰腺

胰腺产生胰岛素,如果你的胰腺没有这样做,你需要人工注射胰岛素。因此,糖尿病患者必须进行的日常事例是检查他们的血糖,并且在必要时注射胰岛素。

但是人造胰腺能够自动释放胰岛素到你的身体里。这个装置看起来像一个规律的胰岛素泵,它可以穿透皮肤连续地释放胰岛素进入身体。而且它一直监视血液里的血糖含量,并根据血糖含量调整胰岛素释放量。所以,即使携带该设备的人睡着了,也不会有血糖降至很低而晕倒的危险。

不像这篇文章中其他的人造物品,人工胰腺并不处于前期研究阶段,这个装置确实存在,而且在今年9月份得到了FDA的销售许可。

9、人工眼睛

我们前面已经指出,我们已经能够让聋子听到声音,但是让盲人看见画面是更复杂的事情。当人们失去视力,他们的视网膜不再把光感受器的信号发送给大脑。为了制造人工眼睛,我们需要了解视网膜是如何取得这些信号,而这正是科学家尚未解决的关键之处。

直到最近,Weill Cornell Medical College的科学家们至少在老鼠和猴子身上实现了这一点。这种人造视网膜,它的芯片可以将画面转换为电子信号,而它的微型投影机可以将电子信号转化为投影光线。

这些人工眼睛,确实恢复了盲鼠的视力。猴子的视网膜工作原理和人类的非常相似,因此随后在猴子上进行的试验给了最终的人类试验以成功的希望。

10、手指存储器

当芬兰程序员Jerry Jalava 2008年遇到车祸,他面临双重悲剧。首先,他失去了他的手指,对于靠打字生存的人来说是个大问题。其次,他必须跟一个幽默感过剩的医疗小组打交道。了解了他的遭遇后,一位外科医生竟然提议Jalava应该出门去买个“USB手指驱动器”。

但是Jalava并没有拒绝医生的建议(出于伤情的实际情况考虑,拒绝很困难),而是将这个建议作为自己的期待。他决定试一试,并且真的在植入的手指里放入两千兆字节的数字存储器。

他现在只需将指甲剥掉,露出USB插头,即可将手指插入电脑连接。他也可以在任何时候拿掉整个手指,并且借给朋友使用。

下一步Jalava打算给手指带上RFID标签以进行升级,并且增加无线支持功能。他想扩充容量,方法自然是很无厘头的。如果他想有更多空间,他还有9个手指可以切掉换成移动存储器呢。

 

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