医学界有很多方法可以看到我们的皮肤下面,包括核磁共振成像、X射线和超声检查。现在,中国五邑大学的研究人员创造了一种机械手指,它可以提供另一种分析人体形态的方法——戳戳它。他们的仿生手指可以检测到我们皮肤下的血管、组织和骨骼等结构。
“我们的灵感来自人类的手指,它们具有我们所知道的最敏感的触觉感知,”该大学教授、资深作者JianyiLuo说。“例如,当我们用手指触摸自己的身体时,我们不仅能感觉到皮肤的质地,还能感觉到皮肤下面骨骼的轮廓。”
仿生手指实际上看起来更像是一把纹身枪,而不是手指。它的工作原理是在有条不紊地沿着该区域来回扫描时,用针状的小尖端反复戳一个表面。尖端由碳纤维制成,当遇到较软或较硬的材料时,碳纤维会或多或少地压缩。
基于它自身的收缩以及它遇到的材料的反应,仿生手指因此能够创建它接触到的物体的三维图像。不仅材料的表面被扫描,下面的结构也被渲染成3D。在这方面,它比麻省理工学院几年前开发的形状感应仿生手指系统和之前创建的BionicSoftHand更进了一步。
“我们的仿生手指超越了以前只能识别和区分外部形状、表面纹理和硬度的人工传感器,”该研究的合著者、五邑大学讲师陈志明说。
在测试中,手指呈现出各种结构以进行映射。其中包括一个硬质字母“A”,上面覆盖着一层软硅胶,以及各种其他形状,从软到硬,也包裹在硅胶中。手指不仅能够轻松地映射出硬字母“A”的形状,而且还成功地识别出软硅胶下的软形状。
为了了解仿生手指在绘制人类地图方面的作用,研究小组创建了由人造骨骼和硅胶制成的“肌肉”组织组成的结构。然后他们发现探头的触感足够灵敏,甚至可以找到嵌入人造组织中的模拟血管。
“类似于医生的触诊,仿生手指可以识别人体的简单组织结构,但要识别复杂的3D结构还有一些工作要做,”研究人员写道。“重要的是,仿生手指可以重建组织结构的3D轮廓,使触诊可视化和科学化。总体而言,这些结果显示了亚表面触觉断层扫描在人体中的应用前景。”
研究人员还认为,仿生手指系统可用于发现柔性电子产品中的错误,例如汗液驱动的可穿戴电池和可拉伸显示屏。为了检验这个理论,他们将手指放在一个柔性电路系统上,并成功地找到了一个误钻的孔和一个会导致系统无法正常工作的断开连接区域。
“这种触觉技术为人体和柔性电子产品的无损检测开辟了一种非光学方式,”罗说。“接下来,我们要开发仿生手指对不同表面材料进行全方位检测的能力。”