智能触觉传感器让纺织皮肤“感同身受”

文/陈万瑜

皮肤，是人体最大的器官，也是人体的第一道防线。通过神经传感的作用，皮肤可将周围环境的压力、温度以及质地等信息传递给大脑。当皮肤因烧伤等意外发生大面积缺损时，人体“自稳”状态被破坏，严重时可能引起机体的系列并发症甚至死亡。

而今天，利用工程原理构建人工皮肤的技术日臻成熟，它不仅可以使创面形态保持完整，还能使患者愈后不留疤痕。因此，被广泛用于皮肤移植、治疗和改善，人工皮肤也将实现产业化发展。

怎样让人工织物皮肤在形态和功能上都能更好地替代生物皮肤呢？怎样才可以让织物机器人变得更灵敏，像人类一样感知世界呢？多年来，人类从未放弃过对自身皮肤敏感度的不断模仿，这也催生了智能传感器设计的迭代创新。美国斯坦福大学研发的一种“数码皮肤”可模仿人类的触觉，并将其传送至大脑。韩国首尔大学的新型毛状电子皮肤，能使机器人快速分辨出呼吸引起的空气微动或者微弱的心跳震动。我国哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所赫晓东教授、王荣国教授团队研制出的一种“汗毛-皮肤”传感器，让材料属性的评估逐步进化到新的维度。韩国科研团队研发的新型触觉传感器，让人造皮肤变成更容易“感同身受”的智能皮肤。韩国大邱庆北科学技术院与韩国成均馆大学的智能纺织品融合研究科学家联合开发出一款新型人工皮肤触觉传感器。现有传感器只能采集到压力和温度信息，而该传感器可同时得到压力和振动数据。这是对人体皮肤触觉的进一步模仿，因为这些数据可帮助了解面料的粗糙程度。具体说，新型传感器可把检测到的压力、振动以及表面粗糙度信息转化为电子信号，提高人工皮肤对物理刺激的识别精度。

这款能检测纺织质地的智能传感器之所以与众不同，是因为它利用了慢速自适应(SA)算法和快速适应性(FA)两种算法原理，分别采集压力、振动和粗糙度信息。科研人员将传感器置于柔性敏感薄膜内，通过上、中、下三层膜的分工来采集和处理数据，最后利用摩擦生电原理把粗糙度转换成电子信号。目前，该智能传感器已成功区分出12种面料的粗糙度，准确率逾99%。

该团队高级研究人员崔昌盛 （Changsoon Choi)表示，该智能传感器的研发灵感来自一部电影的场景。演员进入镜头前穿上了一种特殊的服装，就能通过虚拟现实技术体验到痛觉。如今，他们研制的新型智能传感器的体验服装，也能让体验者感受到“真实”的触觉。

就像崔昌盛希望的那样，该科研成果可促进人造皮肤等技术的新一轮创新。对需要皮肤移植的患者而言，这一消息无疑给他们带去了福音。除了医学应用，在智能穿戴、机器人领域，这款新型智能织物传感器将有更多的应用前景。