科学家们开发出通过应变感知强化效应实现的新型疼痛感知仿生皮肤

科学院宁波材料技术与工程研究所(NIMTE)陈涛教授团队提出应变感知强化(SPS)赋能仿生软皮，实现从触觉到痛觉的动态转化.该研究发表在《先进功能材料》上。

具有生物软组织(例如皮肤)的生物可以通过被动应变机械硬化和对外部刺激的主动感知来实现自我保护。在应变机械硬化之前，主动保护可以提前感知危险，从而大大降低受伤风险。然而，要实现有效的主动保护仍然具有挑战性，这需要通过感觉系统触发强烈而快速的疼痛预警。

为了解决这个问题，NIMTE的研究人员制备了一种新型仿生皮肤，即弹性导电膜(ECF)，它由弹性薄膜和组装的石墨烯纳米片组成，具有互锁的结构界面。SPS效应赋予柔软皮肤从触觉到痛觉的动态过渡功能。

基于二维(2D)石墨烯的ECF表现出规范因子和应变之间的正相关关系，这类似于生物的感觉系统。此外，合成的仿生皮肤可以在低应变下实现正常的触觉感知，在应变阈值以上实现疼痛感知。

此外，应变感知阈值可以从~7.2%调节到~95.3%，在开发各种SPS相关应用方面显示出巨大潜力。

支持SPS的感觉系统可以有效模拟人体组织在肌腱单向过度拉伸、手部皮肤不规则拉伸变形等情况下的痛感。

受河豚鱼的启发，NIMTE的科学家设计了一种基于ECF的仿生河豚模型，作为自支撑的人造皮肤，可以灵敏地检测非接触和接触机械刺激，并进一步主动将自身膨胀为3D变形。借助典型的SPS效应，可以有效地捕捉过度膨胀的3D变形。

基于SPS效应的仿生软皮概念在人机交互、智能假肢、软体机器人等领域展现出广阔的应用前景。

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