人造皮膚的效果
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人造皮膚可感知冷熱
儘管人造手在行動和靈活度上日益逼真,但是幾乎所有的人造皮膚仍然停留在無感知的塑料塗層水平上,美國橡樹嶺國家實驗室納米材料合成和屬性小組的高級研究科學家約翰-西姆普森博士說:“通過運用碳納米管技術,我們造出的人造皮膚不但可以接近真實皮膚特性,甚至可以超越這些特性。”
西姆普森及其同事伊利亞-伊凡諾夫正致力於所謂的“薄膜皮膚”研究項目,旨在研發靈活、輕便、完整的多功能皮膚。此外,參與此項目的研究人員還有來自美國宇航局蘭利研究中心國家航天研究所的科學家們。
研究人員們之所以使用納米管,是因爲由其製成的材料具有一系列有用的屬性。例如:可以將納米管制成的材料用作溫度和壓力傳感器,柔軟的電導體,或者是具有類似人類皮膚機械和熱性質的聚合材料的一部分。
伊凡諾夫說:“此外,納米管中的碳不會引起排斥,這意味着人體的免疫系統不會將其識別爲一個外來異物。將來,納米管將幫助科學家們研發與人神經系統相連的傳感器,允許信息來回流向大腦。”目前,研究小組正在研製一小塊皮膚,皮膚表面可以防水並感知溫度和壓力變化。
這種防水頂層是由一種特別設計的納米結構材料製成的,它類似沙微粒,每個微粒都可放大表面張力作用,從而具有天然防水效能。這種粒子可以像粉末一樣被灑在聚合物上,然後將表面與熱量結合起來,這種塗層可以將水或汗擋在縫線處和關節之外,防止溼氣損壞電子裝置。研究小組還在思索如何使用碳納米管來利用太陽能或體熱來爲這些傳感器提供能量,伊凡諾夫說:“我們期待在不久的將來聽到更多有趣的消息。”
提高機器人的仿真度
機器人非常幸運,研究人員多年一直致力於研製新型機器人皮膚,使它們越來越像人類。美國科學家們研製的這種人造皮膚應用在機器人身上後,可直接提高機器人的仿真效能。此前,美國宇航局戈達德太空飛行中心技術專家弗拉迪米爾-魯梅爾斯基將傳感器植入機器人的皮膚覆蓋層中,這種高科技機器人皮膚可使機器人更出色地完成太空探索任務,人類和機器人的“身體狀況”不一樣 爲了實現機器人的智能化,機器人也需要敏感的皮膚產生一定的觸感。研究人員們後來還研製了能夠產生壓覺和溫覺的機器人皮膚,這種人造皮膚能夠探測和人類皮膚同步探測到各種事物。用於電路和半導體中的晶體管成爲基於碳原子鏈的“皮膚器官原料”,這樣機器人能夠像人類一樣具有觸覺。
目前,由美國宇航局科學家研製的一種新型人造皮膚採用垂直碳納米管層排列在整容手術所使用的橡膠聚合物上,就像是植入一塊皮膚一樣,碳納米管通過金絲的串接固定在一起。這些碳納米管分佈在橡膠狀的聚合物上,這種結合橡膠聚合物和碳納米管的人造皮膚能夠將接觸表面的熱量傳遞至傳感器網絡,就如同皮膚能夠及時獲取該信息一樣。碳納米管提高聚合物上的壓電感應後,傳感器能夠向機器人大腦產生一種信號。
和真實皮膚仍存差距
伊凡諾夫表示,在臨牀醫學應用上,人造皮膚的確顯示了其不同於傳統治療手段的優越性。但是否人造皮膚能解決皮膚缺損後的種種問題呢?目前的研究顯示人們還很難做到這一點。伊凡諾夫說,皮膚是人體最大的器官,具有複雜的組織結構並且含有毛囊、汗腺、皮脂腺等附屬器官,發揮着重要的生理作用。
人造皮膚目前所具有的外形,韌性和機械性能等明顯低於天然正常皮膚,沒有正常皮膚的毛囊、血管、汗腺以及黑色素細胞等成分。更重要的是,人造皮膚的屏障、免疫、物質交換及能量交換等功能仍距正常皮膚有較大差距。
人造皮膚目前還不能解決所有的臨牀皮膚缺損問題,由於存在移植失敗等風險,人造皮膚的使用有着嚴格的適應症限制。
通俗而言,人造皮膚目前只用於“救命”,它可以封閉創面,隔離細菌,方便傷口的癒合。但目前的科技水平尚無法研發出帶有人體毛囊、汗腺及色素的真正皮膚,無法適用於面部及外露皮膚創面的救治,更不能滿足那些欲藉此美容的患者需求。一旦發生移植後的排異反應,仍需儘快進行植皮修復。
現在,人造皮膚必須要在具備較高要求的生產環境中製備。要在具備相當資質的醫生指導下,按正規和嚴格的操作流程使用。而決不是像有的媒體所稱的,可以在家裏像使用創可貼一樣方便的應用。
伊凡諾夫說:“我們對人造皮膚應有客觀和準確的定位、評價,不能過於樂觀甚至人爲地進行誇大炒作。”
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