“仿生手指”创建人体组织的 3D 地图

“仿生手指”创建人体组织的 3D 地图

时间戳记：24年2023月5日上午50:XNUMX

研究人员 五邑大学 在中国已经开发出一种能够进行表面下触觉断层扫描的智能仿生手指。 以前的人工传感器只能识别外部特征，而新系统可以通过简单地触摸其外表面来识别复杂分层物体的内部形状和纹理。 然后它将地表和地下数据传输到计算机以创建 3D 地图。

这种能力预示着未来智能仿生手指将用于诊断成像，作为超声或 X 射线检查的替代或补充。

“我们的灵感来自人类的手指，它们具有我们所知道的最敏感的触觉感知，”资深作者说 罗建义. “当手指触摸到人的胸部时，它可以感觉到骨头的轮廓以及上面的软组织。”

研究人员解释说，当人类手指的皮肤接触到某物时，它会发生压缩、拉伸或拖动等机械变形。 “这些变形会刺激机械感受器发出电脉冲。 电脉冲通过中枢神经系统到达大脑的体感皮层，最终被大脑整合以识别材料的特性，”他们写道。

受此过程的启发，该团队设计了使用碳纤维梁作为机械感受器的智能仿生手指。

中描述的仿生手指 细胞报告物理科学 由一束碳纤维组成，顶部装有一个直径为 0.5 毫米的金属圆柱体作为接触尖端。 光纤连接到信号处理模块，该模块包含信号采集和控制器模块，这些模块与传感器结合以建立触觉反馈系统。

仿生手指通过对表面施加压力来扫描物体，并在物体移动时检测外部和内部结构。 它测量表面的压缩程度，提供有关被触摸物体的相对柔软度或刚度的信息。 仿生手指的空间分辨率至少可以达到 500 µm x 和 y 飞机和 200 µm 在 z 轴方向。

Luo 和联合首席研究员 Zhiming Chen 和 Yizhou Li 进行了一系列使用仿生手指检查复杂物体的研究。 一项测试包括识别埋在软硅外层下的刚性字母“A”。 他们还用一个模拟人体骨骼测试了仿生手指，该骨骼包括一个软硅“皮肤”层、一个“肌肉”层、一个包含模拟血管和硬聚合物骨骼“骨骼”的层。

仿生手指准确地再现了组织结构，并将模拟血管定位在肌肉层下方。 研究人员建议，需要改进以更精确地重建血管，并使手指能够识别更复杂的 3D 结构。

研究人员还研究了仿生手指诊断电子设备问题的能力。 在手指扫描封装柔性电路系统的表面后，他们使用数据创建其内部电气元件的 3D 地图。 该设备精确定位电路断开的位置，并在不穿透封装层的情况下识别出误钻孔。

“我们目前正在尝试将仿生手指整合到机器人或假肢中，因为我们想研究它在机器人和生物医学工程中的用途，”陈说 物理世界. “我们正在开发能够在任意表面进行全方位检测的仿生手指，并提高其灵敏度和分辨率。”

陈建议，未来的临床应用可能包括使用仿生手指帮助医生诊断皮肤下的肿块，例如由乳腺癌病变引起的肿块。 “消费者的仿生手指可以像家用血压计一样，检测身体中的异常情况，但能够将数据传输给医生进行评估和诊断，”他补充道。 “我们预计它也将成为非侵入性工业或研究测试的绝佳工具。”

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