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新的e真皮为假肢带来触摸感和疼痛感

2021-08-18 来源:九江机械信息网

新的“ e-真皮”为假肢带来触摸感和疼痛感

被截肢者常常会感觉到“幻肢”的感觉,即身体的缺失部位仍然存在。

多亏了约翰·霍普金斯大学的一组工程师创造了一种电子皮肤,这种感觉幻觉才几乎变成了现实。当层叠在假肢上时,此电子真皮带回真实的触感通过指尖中国机械网okmao.com。

匿名的截肢者说:“多年后,我感到自己的手,仿佛空心的贝壳再次充满了生命。”

电子真皮由织物和橡胶制成,并贴有传感器以模仿神经末梢,通过感知刺激并将脉冲传递回周围神经,从而重现触感和疼痛感。

生物医学工程学研究生卢克·奥斯本(Luke Osborn)说:“我们已经制造出了一种传感器,该传感器可以覆盖假肢的手指,其作用就像您自己的皮肤一样。” “它的灵感来自人类生物学中正在发生的事情,它具有触觉和疼痛感受器。

奥斯本说:“这很有趣,而且很新,因为现在我们可以拥有已经在市场上出售的假手,并为它配备一个电子真皮,可以告诉穿戴者他或她是否正在捡拾圆形的东西。或是否有尖点。”

约翰霍普金斯大学的工程师创造了一种电子皮肤,旨在通过假手的指尖恢复触摸感。

该研究成果发表在6月20日的《科学机器人》杂志上,表明有可能为使用假肢的截肢者恢复一系列自然的,基于触摸的感觉。例如,不仅在假肢中而且在下肢假肢中,检测疼痛的能力都可能有用,从而提醒用户设备可能受到损坏。

人体皮肤包含一个复杂的受体网络,可将各种感觉传递给大脑。该网络为研究团队提供了生物学模板,其中包括来自约翰·霍普金斯大学生物医学工程,电气与计算机工程和神经病学部门以及新加坡神经技术学院的成员。

奥斯本说,在现代的假肢设计中增加人性化的感觉是至关重要的,特别是在涉及感受疼痛的能力方面。

他说:“疼痛当然是令人不愉快的,但也是被截肢者目前所缺乏的一种基本的,保护性的触觉。” 假体设计和控制机制的进步可以帮助被截肢者恢复丧失的功能,但他们通常缺乏有意义的触觉反馈或感知能力。”

这就是电子真皮进入的地方,它通过刺激手臂的周围神经将信息传递给截肢者,使所谓的幻肢变得栩栩如生。

该论文的资深作者,生物医学工程学教授Nitish Thakor说,电子真皮设备是通过无创方式通过皮肤电刺激截肢者的神经来实现的。约翰·霍普金斯大学与神经工程实验室主任,。

总部位于巴尔的摩的Infinite Biomedical Technologies公司的联合创始人Thakor说:“假肢可以提供各种感知,从细腻的触觉,有害到截肢者,这更像是人的手。”提供了研究中使用的修复硬件。

研究生卢克·奥斯本(Luke Osborn)的假肢配备了电子真皮。

受人类生物学的启发,电子真皮使用户能够感觉到连续的触觉,从轻触到有害或痛苦的刺激。

该团队创建了一个“神经形态模型”,模仿人类神经系统的触觉和疼痛感受器,使电子真皮能够像皮肤中的感受器一样对感觉进行电子编码。

该团队通过脑电图或EEG跟踪大脑活动,确定测试对象能够在他的幻影手中感知到这些感觉。

然后,研究人员使用一种称为经皮电神经刺激(TENS)的非侵入性方法,将电子真皮输出与志愿者连接起来。

在一项疼痛检测任务中,研究小组确定测试对象和假体能够对尖锐物体产生疼痛的自然反身反应,而对圆形物体则没有疼痛感。

电子真皮对温度不敏感-在此研究中,该团队专注于检测物体的曲率(用于触摸和形状感知)和清晰度(用于疼痛感知)。奥斯本说,电子真皮技术可以用来使机器人系统更人性化,也可以用来扩展或扩展到宇航员手套和宇航服。

研究人员计划进一步开发该技术,并更好地了解如何向截肢者提供有意义的感觉信息,以期使该系统为广泛的患者使用做好准备。

约翰·霍普金斯(Johns Hopkins)是上肢灵巧假体领域的先驱。十多年前,该大学的应用物理实验室领导了先进的模块化假肢的开发,该截肢患者可以通过曾经控制其真实手臂或手的肌肉和神经进行控制。

除了来自Space @ Hopkins的资金(该资金促进大学各部门之间与太空相关的合作)之外,该团队还通过美国国家生物医学成像与生物工程研究所从应用物理实验室研究生奖学金计划和神经工程培训计划中获得了资助。美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予T32EB003383。

一年中,在约翰·霍普金斯大学神经工程实验室志愿服务的截肢者对电子真皮进行了测试。受试者经常重复测试以通过电子真皮表现出一致的感官知觉。该小组与其他四名截肢者志愿者一起进行了其他实验,以提供感官反馈。

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