- 華盛頓州立大學研發的新型電子皮膚可提升義肢的感知能力。
- 該系統的壓力和温度檢測分辨率比商業產品高出十倍。
- 模塊化設計使感測陣列能高密度測量壓力和温度。
- 研究團隊計劃開發執行器以實時轉換觸覺信號。
一名截肢者的義肢手仍然無法感知咖啡杯的温度或握手的力量，但華盛頓州立大學的一種新型電子皮膚正在縮小這一差距。根據研究團隊的説法，這個傳感器系統在壓力和温度的檢測分辨率上比目前商業手套傳感器高出十倍。這項研究由華盛頓州立大學機械與材料工程學院的研究生沈洪毅主導，研究成果發表於《Cell Reports Physical Science》期刊。沈表示，這種方法可以使醫療級電子皮膚成為廣泛臨牀使用的可行方案，而不僅僅是針對少數患者的昂貴小眾產品。
電子皮膚的優勢與挑戰
複雜肢體形狀的適配電子皮膚已經在商業上存在，但它們往往價格昂貴、覆蓋面積小，並且難以適應肢體的實際形狀。沈指出，這一權衡問題非常深刻：這些設備越是針對特定形狀進行定製，其感測性能往往變得越差。華盛頓州立大學的團隊構建了薄型的傳感模塊，以層疊的方式結合壓力和温度感測元件，旨在貼合真實肢體的自由曲線。相應作者邱凱彥表示，該系統採用了“掃描-建模-打印”的過程，首先掃描義肢的幾何形狀，然後在該形狀上映射傳感器以實現無縫覆蓋。
像樂高積木一樣拼接傳感器模塊不依賴於粘合劑，而是通過機械方式相互卡合，類似於互鎖的建築積木。邱表示，這種以 3D 打印和激光切割為基礎的製造過程，保持了生產相對簡單、低成本，且便於擴展。這種模塊化設計使得感測陣列可以在平坦或曲面的表面上以高密度測量壓力和温度。現有的電子皮膚往往會產生過多的傳感器數據，無法實時處理。華盛頓州立大學的團隊專門設計了他們的系統以避免這一瓶頸，同時保持類似人類的觸覺敏感性。
未來的發展方向
將觸覺轉化為信號研究者已經通過華盛頓州立大學的研究創新與企業辦公室提交了臨時專利的發明披露。他們的下一步是開發一種執行器，將傳感器讀數轉換為刺激附近神經的信號。這將使用户能夠實時感知義肢手觸及的物體。沈作為華盛頓州立大學 NRT-LEAD 機器人計劃的培訓生，表示他對康復的興趣與他在傳感器和 3D 打印方面的背景自然結合在一起。他希望最終完成的裝置能使目前依賴於沒有觸覺的義肢的截肢者的日常任務變得更容易。
這項研究部分獲得了華盛頓州立大學國家科學基金會下一代機器人研究培訓項目的支持，該項目由教授普拉尚塔·達塔（Prashanta Dutta）領導，他也是該研究的相應作者。額外的資金來自邱的華盛頓州立大學創業公司和 Cougar Cage 基金。
電子皮膚技術的潛在影響
華盛頓州立大學的電子皮膚技術代表了義肢領域的一個重要突破。傳統義肢缺乏觸覺感知，限制了使用者的日常生活。這種新型電子皮膚不僅提高了感測精度，還解決了現有產品的高成本和適配問題。未來，若能成功開發出能將觸覺信號轉換為神經刺激的執行器，將顯著改善截肢者的生活質量，讓他們能更自然地與周遭環境互動。