直到20世纪,佩戴义肢的体验并不好。它们往往 笨重的木制装置 在形式和功能上都远不及天然肢体。如今,我们已经拥有可以 用思维控制的义肢,这些义肢能够预测运动,并且完美贴合,这要归功于3D打印。
尽管如此,即便是最先进的义肢仍有改进空间。它们仍无法为佩戴者提供多少关于所触碰物体的反馈,既无法感知温度,也无法感知质地。因此,约翰霍普金斯大学的研究人员研发出一种新型电子真皮(e-dermis)。将其置于义肢装置上时,这种人工皮肤可让截肢者感受到缺失肢体上的疼痛及其他感觉。研究人员已发表了他们的研究成果,该成果于周三发表在期刊《Science Robotics》上。
为了打造一种能像人类皮肤一样发挥功能的电子皮肤,研究人员首先把目光投向了——还能看哪里?——人类皮肤本身。他们注意到,人体皮肤中含有一个感受器网络,能将各种感觉传递至大脑,使我们得以辨别所触碰之物是尖锐还是光滑、是热还是冷、是硬还是软,等等。
他们将设备设计为传递两种特定感觉:物体的曲率和其锐利程度。他们用织物与橡胶的组合制作了电子真皮,并加入多层传感器以模仿人体皮肤中的感受器。这些感受器能够探测物体的感觉(例如物体是否锐利),然后通过导线将这些感觉传送至截肢者残肢中的外周神经。
为了确定该设备应向佩戴者传递何种信息,研究人员采用了一种名为经皮电神经刺激(TENS)的技术,刺激截肢者残肢中的外周神经,并询问他们在幻肢上感受到了什么。
例如,假设在残肢的某一位置施加一定强度的TENS,会使截肢者的幻拇指产生疼痛感。那么,当义肢的拇指触碰到同样令人疼痛的物体(例如锐利的物体)时,研究人员便会知道应在该位置施加相应强度的电刺激。
他们利用脑电图(EEG)检测脑部活动,以确认该过程确实刺激了幻肢。

从根本上讲,研究人员使其电子真皮能够像人类皮肤一样以电子方式编码不同的感觉。这一做法的一个益处是什么?电子真皮可以让义肢的感觉更加逼真,同时保护其免受损坏。
“多年以后,我重新感觉到了我的手,它仿佛一个空壳重新充满了生命。”一位志愿者这样告诉该研究的合著者卢克·奥斯本(Luke Osborn),据《大西洋月刊》报道。“我无需思考就能区分疼痛与非疼痛,本能地知道我的手臂是否处于危险之中。”
最终,电子真皮甚至有望让机器人以类人的方式“感受”各种感觉,研究人员在一份新闻稿中表示。不过就目前而言,让人类重新获得这些感觉,或许已经足够令人振奋。

