研究人員開發新型鹽水感應器 模擬人體觸覺或助力義肢技術進步

奧胡斯大學的研究人員開發出一種基於鹽水的柔性傳感器，該傳感器利用人體感覺細胞的機制將觸覺轉換為電信號，這可能為能夠直接與神經系統通信的義肢鋪平道路。這種傳感器大小大約相當於一顆小扁豆，當被觸碰時，利用在鹽水中移動的帶電粒子來產生信號。該研究發表於《先進功能材料》期刊，旨在模仿人類皮膚如何將機械壓力轉換為神經系統可以解讀的電活動。由奧胡斯大學機械與生產工程系的助理教授拉蘇爾·塔巴西安（Rassoul Tabassian）領導的團隊希望這項技術最終能夠讓義肢使用者體驗觸覺。

新型鹽水傳感器的工作原理

鹽水傳感器模仿感覺細胞。與傳統的觸摸傳感器不同，後者通過不同的機制檢測壓力並產生電子信號，這種新裝置試圖複製生物感覺細胞中的一個基本過程。研究人員使用微製造技術在大學的潔淨室中製作了這個傳感器。傳感器由一種柔軟的類矽材料製成，內部包含通過微型通道連接的微小腔體，這些腔體中充滿鹽水。當傳感器受到機械壓力時，液體的運動及其帶電粒子改變了電平衡，產生微弱的電位。這與人類皮膚中感覺細胞對壓力的反應相似。

在人體內，機械力打開感覺細胞膜中的通道，允許帶電離子流動，觸發通過神經系統傳輸的電信號。研究人員表示，目標並非完全再現感覺細胞，而是重現其一些基本運作原則。「我們的傳感器的突破性之處不在於產生感知信號，而在於信號的生成方式。」塔巴西安說。

傳感器的初步應用

原型檢測觸摸和脈搏。團隊已將傳感器安裝在一個柔性義手的指尖，能夠檢測到有人觸碰這個人工手指。當前的原型還可以檢測到手腕血管的脈搏。其電輸出可以使用實驗室設備進行測量，證明該裝置對微妙的機械刺激有反應。然而，產生可測量的信號僅是恢復觸覺的初步步驟。現有的義肢傳感器能夠檢測接觸和壓力，但用戶通常無法通過神經系統直接感受到該資訊。根據塔巴西安的說法，為了使新傳感器能夠直接刺激神經細胞，其輸出必須超過約 20 毫伏的閾值。

研究人員尚未證明直接神經刺激的可行性。

未來的挑戰與發展

義肢應用仍需數年。團隊希望增強傳感器的電輸出，以足夠刺激神經系統，從而使義肢的感覺資訊能夠到達大腦。實現這一目標將需要進一步的實驗室開發和試驗，首先是在動物身上，然後在人體中進行。塔巴西安表示，研究人員估計還需要數年的工作，這項技術才能成為能夠自然感知和響應周圍環境的義肢的一部分。該裝置仍然是一個早期原型，其檢測觸摸並產生生物啟發的電信號的能力代表了朝著人工感覺系統邁進的一步，這些系統最終可能使義肢感覺更像人體的一部分。

鹽水傳感器對義肢技術的潛在影響

這項新型鹽水傳感器的開發，可能會顛覆現有義肢技術的運作方式。通過模擬人體的觸覺機制，這項技術有潛力讓義肢使用者更自然地感知周圍環境。然而，實現直接刺激神經系統的目標仍面臨挑戰，尤其是在電輸出方面需要進一步提升。這不僅需要時間，還需要大量的實驗和測試，尤其是在人體應用方面，這將是未來研究的重點。