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智能纺织品

 在寻求建立模仿自然皮肤传感能力的智能皮肤的过程中,离子皮肤显示出了显著的优势。它们由柔韧的生物相容性水凝胶制成,与塑料和金属制成的智能皮肤相比,水凝胶具有天然皮肤的柔软性。这为安装它们的假肢或机器人手提供了更自然的感觉,并使它们佩戴舒适。

  “水凝胶传感器的工作原理是,它们对压力或触摸等刺激做出反应,产生电压和电流——我们称之为压电效应,”该研究的主要作者森英士·多巴希说,他在UBC大学攻读生物医学工程硕士学位时开始了这项工作。“我们不知道这些电压是如何产生的。”
  在UBC研究人员约翰·麦登博士的指导下,Dobashi设计了水凝胶传感器,其中含有不同大小的正负离子盐。他和UBC大学物理系和化学系的合作者应用磁场来精确跟踪当压力施加到传感器上时离子是如何运动的。
  “当对凝胶施加压力时,它会以不同的速度将液体中的离子分散开,从而产生电信号,”Dobashi说。往往较小的正离子比较大的负离子移动得快。这会导致不均匀的离子分布,从而产生电场,这就是压电传感器的工作原理。”
  这项研究的主要作者,森英士·多巴西,作为他在UBC大学生物医学工程硕士学位的一部分,开始了这项工作。
  研究人员表示,这一新知识证实了水凝胶的工作方式与人类检测压力的方式类似,也是通过移动离子来响应压力,激发了离子皮肤的潜在新应用。
  研究人员使用果冻甜点来演示离子如何在水凝胶中运动。
  “明显的应用是创造直接与细胞和神经系统互动的传感器,因为电压、电流和响应时间就像细胞膜上的一样,”UBC应用科学学院的电子和计算机工程教授马登博士说。“当我们将传感器连接到神经时,它会在神经中产生信号。反过来,神经激活肌肉收缩。
  “你可以想象一个覆盖着离子皮肤的假肢。皮肤通过触摸或压力感知物体,通过神经将信息传递给大脑,然后大脑激活举起或握住物体所需的电机。随着传感器皮肤和与神经接口的进一步发展,这种仿生接口是可以想象的。”
  另一个应用是佩戴在皮肤上的柔软水凝胶传感器,它可以监测患者的生命体征,同时完全不引人注目,并产生自己的能量。
  “我们可以想象未来胶状‘离子电子学’被用于人体植入,”马登说。“可以植入人工关节,不用担心人体内部的排斥。离子设备可以作为人工膝关节软骨的一部分,增加一个智能传感元件。例如,压电离子凝胶植入物可能会根据它感应到的压力释放药物。”
  他补充说,智能皮肤的市场估计为41亿美元,并且还在继续增长。
  “智能皮肤可以集成到衣服中,也可以直接放在皮肤上,离子皮肤是可以进一步发展的技术之一。”

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