讓假手也有觸覺：斯坦福華人女科學家發明義肢新材料

人類的手有17000個觸覺感受器，這使得我們能用手把東西撿起來，並與真實的世界發生感覺聯繫。相比而言，一個截肢患者就算安上了假肢，其靈敏度不僅不如人類原有的器官，而且義肢是根本無法傳遞「觸感」的。從2010年開始， 斯坦福大學的鮑哲南教授一直致力於改變這樣的義肢現狀。她發明了一種可以覆蓋在義肢表面的電子皮膚，可以感受壓力、自我修復，並處理相關感官數據。

鮑哲南教授出生並成長於中國南京，在南京大學完成三年本科課程後移民美國，進入伊利諾州立大學芝加哥分校化學系學習。1995年，她在美國芝加哥大學化學系取得博士學位，隨後進入著名的貝爾實驗室任職。從2004年起，她加入美國斯坦福大學化學工程系，現為該系教授，為美國最優秀的女性化學家之一。

下圖中展示了樣板。這個木製的假手上每一個指尖都安置了一個由這種電子皮膚製成的觸覺感測器，感測器與電引線相連，電引線攜帶數據傳輸到手掌上的電子控制中心裡。

這是義肢修復術里的一大進步。這個電子皮膚可以讓被截肢的和燒傷的患者處理一些日常生活任務，比如撿起來一個小巧物件，也有可能會幫助減輕幻肢疼痛（指患者感到被切斷的肢體仍在，且在該處發生疼痛）。

而且，鮑哲南還想更進一步，她希望這個電子皮膚，不僅能模仿人手皮膚，而且要比後者的在某些方面更加優越，比如除了對壓力敏感之外，還得輕便，耐用、有彈性、柔韌以及自我修復，就像真正的皮膚一樣。

為了達到這個目標，鮑哲南為每一個電子皮膚里的組件研製出新的化學配方，用柔軟的有機分子、聚合物和納米材料來替代原有的堅硬的材料，比如硅。

具體的製造過程，如下圖，研究人員在一個具有彈性的橡膠材料上面做一個晶體管。這層橡膠就像是一張具有粘性的貼紙，當它從橡從玻璃上剝離之後，帶上了一層半導體碳納米管，於是形成一個電子開關的有效面積。

研究團隊有時將電子材料與橡膠材料混合，有時將電子材料覆蓋在橡膠的上面。為了製作出一個觸覺感測器，研究人員將具有導電性的碳融合進去，當這層橡膠受到的壓力發生變化時，就會有電壓的傳遞。

下圖中顯示了一個載入了銀納米顆粒導電墨水的空氣刷，通過一個模具，可以列印電接觸材料和電線。

另外，團隊還發現，如果在這些感測器上覆蓋一層金字塔狀的花紋，將會提高觸覺的敏感度。這種花紋很像我們手指尖的突起或凹陷的指紋紋路。這樣的一個設計可以讓這些感測器變得跟我們的手指一樣敏銳。

如下圖所示，通過一個顯微鏡，可以看到一個觸覺感測器上面多個金字塔狀的花紋，每一個花紋有50千分尺寬，以助於提高敏感度。

現在鮑哲南還在研製一種更加怪異的材料。這種材料比人類皮膚更具有彈性，可以被拉長至原長度的100倍也不會撕裂。同時，經過切割之後也能自我癒合，不需要經過再加熱或者其他額外的幫助。

但她發現僅僅發明新材料還不夠：從人造皮膚里傳出的數據必須得以某種人體可以理解的形式，傳輸到神經系統里。這個顯然指向一個更加宏大的目標：有一天它可以與人類神經系統連接在一起，傳遞觸覺感受。

所以，鮑哲南目前正與她的團隊一起進行將信號傳給神經系統的電路設計。希望有一天，電子皮膚將不僅能幫助肢體殘缺的人重獲身體的靈敏性，更能讓他們感受到來自愛人的觸碰。

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