研究新进展：人造皮肤越来越接近真人皮肤

Daphane

來源:大纪元


科学家正在研制具有真人皮肤功能的仿真皮肤，以期用于人类假肢或机器人身上。图为示意图。(Pixabay)


【大纪元2023年06月16日讯】（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）皮肤是人体最大的器官，有保温、感知温度和压力、排汗等功能，富有弹性，还为人体提供一道屏障，隔绝多数有害的细菌、病毒、紫外线辐射等。目前，科学家们正在努力研制出具有这些功能的人造皮肤，希望最终用于人类假肢或机械人身上。
美国斯坦福大学（Stanford University）教授鲍哲南（Zhenan Bao）在2012年曾推出了第一个多层且能自愈的合成电子皮肤，但效果不够理想。其后，该校的科学家们又研发出一款拥有高度自我修复能力的人造皮肤，它由有机硅胶（PDMS）、聚丙二醇（PPG）材料制成，可以像人类皮肤一样伸展有弹性，且不容易撕裂。该研究成果本月初发表在《科学》杂志上。
由于两种材料都具有类似橡胶的电气和机械性能，以及生物相容性，因此可以很好地混合其它纳米微粒材料，实现良好导电性能。为此，他们在材料中加入金属颗粒和导电炭让其拥有磁性，可以让皮肤自动对齐。
这两种聚合物都具有加热时会软化、流动的特性，且有遇冷会凝固的优点。因此，当把这种合成皮肤加热至70°C时，它就能在24小时内实现愈合，若在室温下，愈合可能需要长达一周。
另外，他们还在聚合物中添加少量的异氰酸苯酯（MPU）和异佛尔酮二异氰酸酯（IU），形成自修复薄膜，让皮肤经过加热后都会软化并流动，最终再度凝固。MPU能强化材料的弹性，而IU可以提高材料的韧性。
该校的克里斯托弗‧B‧谷巴（Christopher B. Cooper）博士对西南新闻社（SWNS）表示，“这是模仿人类皮肤的关键一步，人造皮肤由多层组成，在愈合过程中都可以正确地重新组装。”
谷巴还表示，“尽管人类的皮肤能够愈合，但愈合较慢。为此，团队正在寻找不需额外干预就能快速恢复的人造皮肤。”
该团队成员塞缪尔‧E‧鲁特（Samuel E. Root）也表示，“团队开发的人造皮肤，柔软且富有弹性。如果你将它刺破、切片或切割，它的每一层都会有选择性的自我愈合，恢复到最初的性能，就像真正的皮肤一样。”
该论文的联合作者赵芮可（Ruike Renee Zhao）教授补充说：“结合磁场引导导航和感应加热，我们可以制作可重构的软件机械人，它们可以根据需要改变形状并感知变形。”
该团队表示，未来的工作将使不同功能的皮肤层变得更加轻薄和更多功能，达到一层可以感知温度变化，另一层可以感知压力。


利用仿真人皮肤研究中暑原因
另外，亚利桑那州立大学（Arizona State University，ASU）在5月底发布的人形机械人安迪（ANDI），能够自行发热、颤抖、行走和呼吸，还能流汗和散热。该校的研究人员认为，这款机械人可以帮助人们了解人体在温度逐渐升高的环境下，是如何做出反应的。
科学家在安迪身上安装了35个独立的热孔，这些孔用于人工出汗、感测温度，同时内部带有定制水冷却通道，可以在整个身体进行循环冷却，同时模拟和记录人类对环境中热量的反应。
安迪内部设有感应器，主要收集来自太阳的辐射、沥青地面散发出的红外辐射，以及空气中热对流循环等不同的数据。
研究人员将安迪放置在一个“热室”（heat chamber）中，热室可以控制通风、高达60℃（140℉）的温度和太阳辐射，以使科学家观察并记录机械人在高温环境下的反应。另外，该校的研究团队还会在安迪身上覆盖特殊织物，模拟汗液在皮肤覆盖和蒸发的状况，达到类似真人处于亚利桑那州闷热环境，进行排汗让身体冷却的样子。
由于每个人出汗程度皆不相同，因此研究人员会在试验其间，依其体重、年龄和其它因素对不同的人做出不同反应，给安迪重新编程，以此推断人们在酷热环境下，需要经过多长时间会中暑和死亡。
美国每年有数千人死于中暑和其它与高温有关的疾病。近年气候变得更加极端，因此死于高温的人数随之增加。2022年在亚利桑那州的马里科帕县就有425人死于高温，该数字远比2021年的339人还多。
对此，亚利桑那州立大学可持续发展学院副教授、大气科学家詹妮弗‧瓦诺斯（Jennifer Vanos）对该校新闻社表示，“由于我们不了解为何一些人在高温中被热死，而我们又无法将真的人类置于极端高温环境，并测试会发生什么事情，这是不道德的。但借助安迪能帮我们解决这个问题。”