潘申尼小体，又称环层小体，是人体表皮深层和皮下组织内部一种对高频(20~1000Hz)振动有反应的感觉神经末梢，具有高通滤波和机械信号放大功能。其是振动触觉的主要感觉神经末梢，具备对物体形状、纹理和大小感知和定位能力。
中国矿业大学葛世荣研究员课题组在Journal of Bionic Engineering上发表题为《Vibrotactile Sensation: A Systematic Review of the Artificial Pacinian Corpuscle》的学术论文，对人体皮肤中潘申尼小体的结构和功能进行综述，并基于环层小体的机械传动、机电传导和神经激励三个接收过程，介绍了潘申尼小体仿生设计的理论模型和研究。最后基于目前研究成果，提出潘申尼小体模拟新研究思路。
图1 人体皮肤中的机械敏感性受体
潘申尼小体是一种神经末梢的分化形式，主要分布于人体感知触觉的部位，如手指、手掌、脚趾、脚底、血管壁和关节囊中。如图2所示，该小体由包膜、内核和中枢轴突组成，其中内核呈同心空心圆柱体状，与外区相比更加紧密排列。
图2 潘申尼小体的内核和轴突
本研究旨在探讨动态分形在隔振和信号放大方面的应用。研究发现，纵向递增变化的动态分形具有卓越的隔振性能，而纵向递减变化的动态分形则能有效对输入信号进行纵向放大。以潘申尼小体为例，如图3所示，其结构展示了典型的纵向递减动态分形特征。
如图4所示，提出一种机械力电传导模型和方法。首先，利用MATLAB进行初始计算，并通过一系列动力学方程对外层区域的力学传递进行了公式描述。其次，在有限元平台上利用弹性材料对模型轴突以及球体进行了进一步建模。
图3 作为动态分形的潘申尼小体的动力学模型
图4 模型示意图
(a)三阶段模型示意图；
(A)对PC外层进行机械性刺激(红色)，获得内核位移(蓝色圈出)；
(B)用第一阶段的输出刺激PC内核(红色)，获得神经突起菌株(蓝色圈出)；
(C)在一个神经模型中，从第二阶段(红色)开始的神经突起伸展用来控制离子通道动力学，并测量动作电位(蓝色)；
(b)来自COMSOL的内核模型，详细描述了神经突起及其中央和远端节段的区域。
本文提出了一种人造潘申尼小体结构的球形电容传感器，其灵敏度可达到10δpf/mm量级。如图5所示，该传感器由中心电容器和外分层结构组成，中心电容器采用镓作为内电极，生物降解塑料作为中间层，石墨作为外电极。与传统传感器相比，该传感器具有高通滤波功能，随着层数从单层增加到双层，人造潘申尼小体的高通滤波截止频率就会变高。
图5 模具示意图：(a)阀杆模具示意图；(b) 实心阀杆与缠绕线与内部电极相结合；(c) 传感器外层涂覆电介质弹性体和石墨，形成中心电容器；(d) 具有形成过滤器的封装粘性流体层的电容传感器；(e) 人造潘申尼小体传感器；(f) 一个原型机与加入机械过滤层传感器的灵敏度对比。
结论：本文综述了潘申尼小体在结构、功能、模型和仿生设计等方面的研究进展，并探讨了如何利用其高灵敏度和选择性过滤功能来开发仿生振动触觉传感器。为了更好地理解潘申尼小体的感知机制，提出了从核心和神经纤维膜上离子通道的开闭模型入手，进一步完善从刺激性振动输入到神经元输出的模型；同时，将皮肤生物力学与潘申尼小体模型相结合，深入研究振动传递到潘申尼小体的过程。最后，讨论了采用结构仿生和功能仿生两种方法来展示仿生潘申尼小体的可能性，以期为开发更先进的仿生触觉技术提供新的思路和方向。(表1概述了其它不同仿生振动触觉传感器的物理参数)。
表1 不同仿生振动触觉传感器的参数
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