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学术   2024-11-14 08:00   宁夏  

用于触觉感觉替代的生物弹性状态恢复


在人体皮肤中发现的丰富的机械感受器。提供多功能工程接口,用于传输信息和引发感知,可能服务于患者护理的广泛应用5等重要行业.然而,这些传入单位的有针对性的多传感器参与面临着持续的挑战,特别是对于需要在整个身体范围内自适应运行的可穿戴、可编程系统.在这里,我们提出了一种微型机电结构,当它与皮肤作为弹性、储能元件相结合时,支持双稳态、自感应变形模式。该触觉装置以特定类别的机械感受器为目标,作为独特的、程序化的感觉反应的基础,可以提供动态和静态刺激,以法向力或剪切力为导向。


系统的实验和理论研究为在人体皮肤机械特性的自然解剖变化中进行低能量操作建立了基本原则和实践标准。一个无线的、贴合皮肤的触觉接口,集成了这些双稳态传感器的阵列,作为一个高密度通道,能够渲染来自基于智能手机的 3D 扫描和惯性传感器的输入。该系统的演示包括感觉替代,旨在改善视觉和本体感觉障碍患者的生活质量。

摘要


发挥这些应用的全部潜力将需要快速和缓慢适应(分别为 RA 和 SA)机械感受器的参与1,2(图 .1a,b)。这些特化细胞,通过相互协调12,13 元并且具有分布在整个皮肤中的自然机械结构14,15 元,调解触觉的感知和情感品质16.本文介绍了工程科学的概念,这些概念能够通过无线实时接口靶向与这些受体相关的机械反应曲线。图 1b 说明了压痕、剪切和振动触觉刺激通过不同的接触元件(包括 kirigami 结构和圆柱形探针)的传递。我们的小型机械传感器的接合模式、功率传输密度和运行效率的多样性是关键,使替代静电的进步成为可能,和电磁方法。



该换能器的基本概念如图 1 所示。1c 是皮肤作为中心机械部件的集成,产生一种双稳态机制,可以恢复在压缩载荷下储存的能量。详细的生物力学研究确定了进一步小型化的原则,如图 1 所示。1c. 作为闭环控制策略的一部分,基于电感的自感应操作还可以提高效率。这些功能使得组装灵活、轻便、互连的阵列成为可能,则从 3D 扫描和惯性测量得出的基于智能手机的感觉线索产生的感知可以提高视觉和本体感觉障碍模型的性能。


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