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  本體感覺是指肌、腱、關節(jié)等運動器官本身在不同狀態(tài)（運動或靜止）時產生的感覺。例如，人在閉眼時通過本體感受器能感知身體各部的位置。外部感覺是由機體以外的客觀刺激引起、反映外界事物個別屬性的感覺，包括視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺。例如，來自外界的壓力、振動可以通過手指的皮膚（外部感受器）識別出來。周圍感覺神經系統(tǒng)包括了本體感覺和外部感覺，其中外感受器和本體感受器常常彼此互補。例如，一個觸摸動作的完成就需要先通過本體感受器知道各個關節(jié)的彎曲和運動狀態(tài)，然后通過外部感受器知道什么時候觸碰到物體，并且知道物體的相關物理特性。

  科研人員對仿生傳感器進行了一些研究，以模仿外感受器或者本體感受器，這些感受器在狀態(tài)監(jiān)測和反饋控制的巨大潛力，特別是對于開發(fā)人工輔助設備（包括假肢和智能機器人等）具有重大意義。為了使人工輔助設備像人類一樣有意識和智能，有必要開發(fā)人工周圍感覺神經系統(tǒng)。構造不同的人工仿生傳感器是實現(xiàn)這一目標的關鍵步驟，然而其發(fā)展仍遠遠不夠，特別是這些人工傳感器沒有足夠的性能，并且通常表現(xiàn)出較差的穩(wěn)定性，需要經常維護。此外，為了使電子設備與人體兼容且穩(wěn)定地融合、并適應和監(jiān)測軟體機器人的大變形，人工傳感器迫切需要具有高的拉伸性。

  近日，中國與新加坡科研人員提出并證明可以使用同一種功能復合材料為人工周圍感覺神經系統(tǒng)同時構建出兩種不同類型的人工仿生傳感器。研究人員基于跨尺度異質結構的設計方法，由碳納米管，聚酯纖維和橡膠纖維制備出了這種功能復合材料。通過精巧的結構設計，不同的人工本體感受器（AP傳感器）和人工外感受器（AE傳感器）均具有出色的高拉伸性，取得了200％的拉伸應變量。此外，兩種人工傳感器都具有小于18毫秒的快速響應時間和超過10000次循環(huán)穩(wěn)定檢測能力。研究人員展示了該人工周圍感覺神經器件在不同關節(jié)彎曲變化精確檢測、虛擬鋼琴音量調節(jié)、無線打字、娛樂交互等方面的應用。這項工作提出了制造不同類型人工仿生傳感器的新穎設計思想，為智能假體和超柔軟體機器人的發(fā)展奠定了重要的基礎。

圖1. 不同類型人工感受器的生物學靈感與設計思路

圖2.纖維型功能復合材料表征與人工本體感受器的性能

圖3. 人工外感受器性能特征與應用示意圖

圖4.集成化的人工周圍感覺神經系統(tǒng)與柔性電路結合應用

  相關研究成果以An artificial peripheral neural system based on highly stretchable and integrated multifunctional sensors為題發(fā)表在國際頂尖期刊Advanced Functional Materials上（影響因子16.836，中科院一區(qū)TOP）。研究人員包括新加坡南洋理工大學Yuanjin Zheng(鄭元謹)教授、新加坡國立大學Aaron Voon-Yew Thean教授，北京理工大學Yongtian Wang(王涌天)教授等。

  該工作文章鏈接與相關視頻：https://doi.org/10.1002/adfm.202101107

  前期相關研究工作鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105548（Nano Energy， IF：16.602，中科院一區(qū)TOP）A highly stretchable and deformation-insensitive bionic electronic exteroceptive neural sensor for human-machine interfaces

  前期相關研究工作鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-019-14214-x（Nature Communications，IF：12.121，中科院一區(qū)TOP）A bioinspired analogous nerve towards artificial intelligence

  下載：An Artificial Peripheral Neural System Based on Highly Stretchable and Integrated Multifunctional Sensors

    A highly stretchable and deformation-insensitive bionic electronic exteroceptive neural sensor for human-machine interfaces

    A bioinspired analogous nerve towards artificial intelligence