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  本體感覺是指肌、腱、關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)器官本身在不同狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)或靜止）時(shí)產(chǎn)生的感覺。例如，人在閉眼時(shí)通過本體感受器能感知身體各部的位置。外部感覺是由機(jī)體以外的客觀刺激引起、反映外界事物個(gè)別屬性的感覺，包括視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺。例如，來自外界的壓力、振動(dòng)可以通過手指的皮膚（外部感受器）識(shí)別出來。周圍感覺神經(jīng)系統(tǒng)包括了本體感覺和外部感覺，其中外感受器和本體感受器常常彼此互補(bǔ)。例如，一個(gè)觸摸動(dòng)作的完成就需要先通過本體感受器知道各個(gè)關(guān)節(jié)的彎曲和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，然后通過外部感受器知道什么時(shí)候觸碰到物體，并且知道物體的相關(guān)物理特性。

  科研人員對(duì)仿生傳感器進(jìn)行了一些研究，以模仿外感受器或者本體感受器，這些感受器在狀態(tài)監(jiān)測(cè)和反饋控制的巨大潛力，特別是對(duì)于開發(fā)人工輔助設(shè)備（包括假肢和智能機(jī)器人等）具有重大意義。為了使人工輔助設(shè)備像人類一樣有意識(shí)和智能，有必要開發(fā)人工周圍感覺神經(jīng)系統(tǒng)。構(gòu)造不同的人工仿生傳感器是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵步驟，然而其發(fā)展仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，特別是這些人工傳感器沒有足夠的性能，并且通常表現(xiàn)出較差的穩(wěn)定性，需要經(jīng)常維護(hù)。此外，為了使電子設(shè)備與人體兼容且穩(wěn)定地融合、并適應(yīng)和監(jiān)測(cè)軟體機(jī)器人的大變形，人工傳感器迫切需要具有高的拉伸性。

  近日，中國(guó)與新加坡科研人員提出并證明可以使用同一種功能復(fù)合材料為人工周圍感覺神經(jīng)系統(tǒng)同時(shí)構(gòu)建出兩種不同類型的人工仿生傳感器。研究人員基于跨尺度異質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，由碳納米管，聚酯纖維和橡膠纖維制備出了這種功能復(fù)合材料。通過精巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不同的人工本體感受器（AP傳感器）和人工外感受器（AE傳感器）均具有出色的高拉伸性，取得了200％的拉伸應(yīng)變量。此外，兩種人工傳感器都具有小于18毫秒的快速響應(yīng)時(shí)間和超過10000次循環(huán)穩(wěn)定檢測(cè)能力。研究人員展示了該人工周圍感覺神經(jīng)器件在不同關(guān)節(jié)彎曲變化精確檢測(cè)、虛擬鋼琴音量調(diào)節(jié)、無線打字、娛樂交互等方面的應(yīng)用。這項(xiàng)工作提出了制造不同類型人工仿生傳感器的新穎設(shè)計(jì)思想，為智能假體和超柔軟體機(jī)器人的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。

圖1. 不同類型人工感受器的生物學(xué)靈感與設(shè)計(jì)思路

圖2.纖維型功能復(fù)合材料表征與人工本體感受器的性能

圖3. 人工外感受器性能特征與應(yīng)用示意圖

圖4.集成化的人工周圍感覺神經(jīng)系統(tǒng)與柔性電路結(jié)合應(yīng)用

  相關(guān)研究成果以An artificial peripheral neural system based on highly stretchable and integrated multifunctional sensors為題發(fā)表在國(guó)際頂尖期刊Advanced Functional Materials上（影響因子16.836，中科院一區(qū)TOP）。研究人員包括新加坡南洋理工大學(xué)Yuanjin Zheng(鄭元謹(jǐn))教授、新加坡國(guó)立大學(xué)Aaron Voon-Yew Thean教授，北京理工大學(xué)Yongtian Wang(王涌天)教授等。

  該工作文章鏈接與相關(guān)視頻：https://doi.org/10.1002/adfm.202101107

  前期相關(guān)研究工作鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105548（Nano Energy， IF：16.602，中科院一區(qū)TOP）A highly stretchable and deformation-insensitive bionic electronic exteroceptive neural sensor for human-machine interfaces

  前期相關(guān)研究工作鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-019-14214-x（Nature Communications，IF：12.121，中科院一區(qū)TOP）A bioinspired analogous nerve towards artificial intelligence

  下載：An Artificial Peripheral Neural System Based on Highly Stretchable and Integrated Multifunctional Sensors

    A highly stretchable and deformation-insensitive bionic electronic exteroceptive neural sensor for human-machine interfaces

    A bioinspired analogous nerve towards artificial intelligence