陳根：感知疼痛，或不再是人和動物專屬_風聞

文|陳根

皮膚，是人和動物自我保護的一種機制。生物系統中，軟組織可以通過應變增強來有效調節機械強度以避免受傷。電子皮膚作為能讓機器人產生真實觸感的系統，大大提升了機器人的柔韌性和延展性，卻無法做到像人類皮膚一樣感知疼痛、規避危險。

近日，中科院寧波材料所的研究人員受河豚皮膚的三維形變啓發，基於在碳基/高分子複合薄膜的構築及其柔性驅動與傳感方面的研究積累，提出了基於應變感知增強（SPS）效應的仿生皮膚，實現了****從觸覺到痛覺感知的轉變。

傳統的電子皮膚通常建立在單一的壓力感應模式上，其雖然能夠感知壓力，但是超過一定的壓力閾值就會出現問題。一定意義上，這些皮膚就像記錄壓力的開關，但是無法真正感受自己承受了多大的壓力。此外，這些皮膚很容易受到破壞，因為超過某一壓力限制就會缺乏靈敏度。

而中科院研究人員新開發的仿生皮膚，結合了生物體的體感系統，可以在組織或者皮膚髮生拉伸時實現觸覺到痛覺的可控閾值轉變**。**具體來説，研究人員採用界面自組裝和原位功能化策略，構築了具有界面互鎖結構的二維石墨烯基彈性超薄膜（ECF），其和真實脊椎動物的神經感覺系統具有相似的感知趨勢。

在ECF中，石墨烯片層之間相互堆疊形成的動態網絡，通過不同程度的滑移，可以敏鋭地響應外界應變刺激。進一步，通過調控石墨烯片層的厚度，可以實現應變閾值在7.2%到95.3%範圍內變化。

**此外，在河豚皮膚三維形變的啓發下，****研究人員將ECF集成為自支撐形式的仿生皮膚，**其不僅能夠實時監測三維氣動形變，還可以通過SPS效應有效檢測到處於過度膨脹狀態的三維形變，實現動態的痛覺感知。

該研究對機器人領域來説意義重大。機器人擁有感知後，可以自主規避危險，延長使用壽命。未來，知冷暖、感疼痛，或許再也不只是人和動物的專屬。