[读懂科学]“像终结者一样”…越来越像人的电子皮肤

科幻电影《终结者》中的未来机器人，其人工智能（AI）拥有与人类完全相同的皮肤。人类抵抗势力为了区分机器人，不得不动用搜救犬。随着近期人工智能的飞速发展，能够感知和传递触觉等功能的人工皮肤技术也变得愈发精密，已经接近人类水平。即便短期内还达不到《终结者》那样的程度，但在假手、假脚、全身瘫痪等残障人士功能辅助，以及增强与虚拟现实、远程医疗、尖端机器人技术等领域，都有望作为创新性工具加以应用，因而备受关注。

资料图片。图片出处为斯坦福大学官网提供

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美国斯坦福大学Bao Zhenan教授研究团队于本月18日（当地时间）在国际科学专业期刊《科学》（Science）上发表了有关这类电子皮肤（e-skin）技术的论文。研究团队开发出一种电子皮肤，能够将手指、脚趾、四肢被刺扎或接触到高温物体时产生的感觉原封不动地传递到大脑。该技术有望帮助全身瘫痪、皮肤损伤以及佩戴假肢和假手的患者，至少以人工方式重新感知外界刺激。

Bao教授长期致力于研发一种既轻薄柔软，又能让佩戴者感受到压力、形变和温度变化等，并可向大脑发送电子信号的人工皮肤，因此广为人知。她甚至在去年一度被视为诺贝尔化学奖的有力候选人。此次研究团队的成果在以小鼠为对象的动物实验中成功实现了功能：当按压或扭曲这层薄而柔软、内置传感器的电子皮肤时，成功向小鼠大脑运动皮质的特定区域发送电子信号，使小鼠的腿部产生颤动。

人体皮肤在接触到各种信息时，会先进行感知，将其转换为电子信号后再传递给大脑。从功能上模仿这一过程，采用传统的固态半导体和集成电路已经足够。然而，要真正应用于人体皮肤或器官，就必须使用柔软而薄的材料。虽然此前也有相关技术被开发出来，但大多只能在电压很高、并不适合用于可穿戴设备的条件下运行，这成为一大问题。研究团队为解决这一问题，开发出一种在低电压下也能工作的、具有柔性特性的半导体用高分子材料，并以此成功制备出类似皮肤般薄而柔软、集成了传感器的可伸缩柔性晶体管阵列（array）。安装在这层电子皮肤上的传感器可将温度变化、压力等物理变化转换为电磁波。此外，系统中还包含一种模仿连接神经元之间的突触（synapses）的装置，能够在神经与肌肉之间传递电子信号。

美国斯坦福大学研究团队开发的用于电子皮肤的半导体电路。图片来源 斯坦福大学官网

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为进行测试，研究团队将这层电子皮肤与小鼠大脑中负责处理触觉的体感皮质（somatosensory cortex）连接起来。随后，通过刺激电子皮肤，经由人工突触将电子信号传递到小鼠的坐骨神经，成功诱发其腿部颤动。不过，实验中要让这层电子皮肤运作，必须外接电源。研究团队从长远来看，计划开发能够自我供电的系统。此外，要让其像真实手指皮肤那样，分辨并感知极其细微的触感、温度与压力差异，技术上仍有很长的路要走。

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尽管如此，有舆论指出，此次研究成果在通过人工皮肤，将感知、信号传递与动作等功能一体化为单一系统这一“概念原理”的验证方面，取得了重大进展。英国剑桥大学教授Alejandro Carnicer-Lombarte表示：“拇指和小指所感知到的触觉其实存在细微差异，如果将本次研究成果与其他技术结合，有望开发出能够感知这类差异的人工皮肤。”他还评价称：“如果进一步提升精度，使其能够更有针对性地作用于特定大脑区域，那么（本次研究成果）未来的应用前景将十分广阔。”

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