2016年11月11日 星期五 09:15:33
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高性能纤维复合材料也能用于制备人工周围感觉神经器件

发表时间:2021/4/19

高性能纤维是指具有特殊的物理化学结构、性能和用途,或具有特殊功能的化学纤维。高性能纤维复合材料是以高性能纤维作为增强材料,树脂作为基体,通过加工成型得到的复合材料。具有质轻、高强高模、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、易加工成型等优异性能,被广泛应用于航空航天、国防军工、交通运输、工业工程、土工建筑、乃至生物医药和电子产业等领域。

近日,来自中国与新加坡的科学家展示了一种高性能纤维复合材料,该材料由碳纳米管、聚酯纤维和橡胶体组成,可以作为关键成分为人工周围感觉神经系统构建出不同的人工外感受器和本体感受器。通过巧妙的结构设计,两种感受器都具有出色的可拉伸性,快速的响应时间。通过与柔性电路结合,该人工周围感觉神经器件可以精确地检测不同关节地弯曲变化,用于虚拟钢琴音量调节、无线打字、娱乐交互等。这为高性能多功能集成化人工周围感觉神经系统的研究提供了重要样本,为智能假体和软体机器人的发展奠定了重要的感知基础。


仿生感受器的生物学灵感和设计思路


周围感觉神经系统包括外部感觉和本体感觉。当与外部物体相互作用时,周围感觉神经系统为身体提供必要的感觉信息,以做出决定。外感受器是人体的感觉组织或身体的一部分,例如眼睛、耳朵、鼻子或皮肤,可以识别身体受到的外部刺激。外部环境中的这些不同刺激(包括光、声音、气体和压力)可以通过不同的外感受器转换为感觉神经冲动,然后从传入神经转移到相应的感觉中枢以产生不同的感觉。通过外感受器,人体会产生外部感受,从而了解外部物体的特征。本体感受器也是一种感觉组织,分布在血管、皮肤或肌肉等位置,可提供有关身体运动的信息、肢体及其它器官的位置和状态。肌肉张力和压力以及关节的弯曲程度可以通过不同的本体感受器转换为神经冲动。随后,大脑皮层可以通过神经通路和脊髓接收神经冲动。通过这种方式,人们会产生本体感受。


可拉伸的纤维型功能复合材料和人工本体感受器的性能


人工外感受器性能与特征


集成化的人工周围感觉神经系统与柔性电路结合应用


研究内容以“An artificial peripheral neural system based on highly stretchable and integrated multifunctional sensors”为题发表在最新的《Advanced Functional Materials》上。


(来源:纺织导报官微)