在生物体验系统中,信息的感知,转移和处理依赖于分布的平行神经网络来有效解决复杂而非结构化的现实世界问题。1,2,例如,Tac-Tile感觉与机械信号转换为机械感受器的电信号有关。3然后这些电信号通过神经纤维流动到拟南芥,诱导神经递质的释放和突触后膜的发射,最后将它们传递到大脑中以形成触觉。神经编码和学习是在协作和处理外部信息的过程中进行的。受到生物系统的启发,已经开发出神经形态电子来重建和增强智能功能,4
个性化医疗、[9] 神经工程、[10] 人机界面 [11,12] 和智能假肢。[13] 通过电气方式监测生物信号可以将电子皮肤 (E-skin) 传感器与大数据、[14] 人工智能 [15] 和物联网 (IoT) 技术相结合。[16] 随着皮肤上设备的应用不断扩大,已经报道了在非传统基板(如 3D 自由曲面、皮肤和地形基板)上实现可穿戴电子产品的新方法。[8,17,18] 此外,还展示了电子皮肤的其他吸引人的功能。例如,实现光学功能以可视化与健康状况相关的信息是与人类直观交互的一个有吸引力的方向。[19] 具有自供电功能的可穿戴传感器也可以扩展其适用性。 [20,21] 无线电子皮肤系统可将测量数据传输到移动设备,并在监测健康状况的同时支持日常活动,在用户便利性方面也很有吸引力。 [22] 此外,仅传输生物信号中关键的必要信息这一可能功能是电子皮肤传感器的一个特别有吸引力的方向,因为它可以减少无线数据传输的功耗和后处理的数据数量。
感知虚拟对象的空间信息(例如,方向,距离)对于寻求不可思议的虚拟现实(VR)体验的盲人用户至关重要。为了促进盲人用户的VR访问权限,在本文中,我们研究了两种类型的触觉提示(多余的提示和皮肤伸展线索)在传达虚拟物体的空间信息时,当应用于盲人手的背侧时。我们与10个盲人用户进行了一项用户研究,以调查他们如何使用定制的触觉机构在VR中感知静态和移动对象。我们的结果表明,盲人用户可以在接收皮肤拉伸线索时更准确地理解对象的位置和移动,这是对纤维曲折提示的。我们讨论了两种类型的触觉提示的利弊,并以设计建议的设计建议,以实现VR可访问性的未来触觉解决方案。
事物(IOT)。[9]这些库存的设备的核心是建立高度适应性和皮肤的功能元素,能够通过日常生活的各个方面或通过响应Electials的各个方面或跟踪位置,运动和手势来对环境变化进行重新变化,[2,10]磁性,[2,6,8,11],[5,6,8,11] [5,6,8,11]和Thermal [12]和Thermal [13]。解决方案可以加工的印刷技术对于实现人类交互式和高度合规的设备非常有吸引力,因为它们简单,成本效益且适应于自由定义的功能元素的各种材料。[14-17]关于印刷电子产品的最新报告揭示了可以准备机械性能的可拉伸印刷传感器(应变,力,压力和弯曲),[18-21],这些传感器与人工互动系统,人工智能,先进的ProSthetics和Humanoid Robots中的人际关系系统中有关。要实现合规的电子产品,[22]最先进的方法依赖于直接在超薄聚合物箔上的有机和无机材料的薄膜沉积和光刻处理。[23–25]朝着全印刷的可拉伸电子产品[19,26]和可拉伸的薄膜磁通电子的方向取得了令人兴奋的进度。[27]但是,尚未证明将磁电传感器的可打印和伸展质量结合在一起。这些高领域对于皮肤设备是不可接受的,因为世界卫生组织(WHO)规定的持续展示限制小于40 mt。我们在各种机械上不可察觉的功能元件中,符合磁场传感器及其动作距离距离,可以依靠周围的磁场启用无触摸的对皮肤间的活动,用于从人机相互作用到非vasive医学诊断的应用。[5,11,28]与基于箔的磁电机,印刷的磁敏感设备的出色机械和磁化性能形成鲜明对比[29-33],相当僵硬,支持弯曲到半径超过1 cm [30],到目前为止,它已用于检测高磁场的高磁场。[34,35]即使对于最佳的印刷磁场传感器,这些传感器基于巨型磁场(GMR)效应,相关场范围的灵敏度也很差。
由薄,柔软,可拉伸的设备制成的电子皮肤,可以模仿人类的皮肤并重建触觉和感知,为假体传感,机器人技术控制和人机界面提供了巨大的机会。薄片设备的高级材料和力学工程已被证明是启用和增强各种电子皮肤的灵活性和可伸缩性的效果途径;但是,由于现有制造技术的限制,设备的密度仍然很低。在这里,我们报告了一个高通量的一步过程,用于对电子皮肤的传感器密度为25传感器/cm 2的大型触觉传感阵列,其中传感器基于本质上可拉伸的压电铅锆钛酸钛酸(PZT)弹性器。以均匀性和被动驱动方式的PZT弹性体传感器阵列可实现高分辨率触觉感应,简化数据采集过程并降低制造成本。高通量制造工艺提供了一个通用平台,用于将本质上可拉伸的材料集成到大面积的高区域,高设备密度软电子设备,用于下一代电子皮肤。
抽象背景:脑瘫(CP)对儿童健康产生了重大负担,痉挛性类型是最普遍的表现。这种神经系统疾病影响每1000个出生2-3个,源于各种产前,围产期或产后脑损伤。通常影响的结局指标包括肌肉张力,疼痛和运动范围,分别通过修改后的Ashworth量表,Wong-Baker的面部疼痛评级量表和Popliteal角度测量评估。虽然保守的静态拉伸是一种广泛使用的痉挛治疗选择,但由于暂时的效果,其功效仍然尚无定论。相反,由Harman Kabat和Margaret Knott在1940年代引入的本体感受性神经肌肉促进(PNF)伸展运动,在改善功能结果和减少诸如中风和CP(例如中风和CP)神经系统条件下的痉挛方面表现出了希望。然而,有限的证据证明了其比较疗效与常规静态拉伸有关减少痉挛性脑瘫儿童的痉挛性的证据。因此,本研究旨在将PNF拉伸和静态拉伸的有效性比较降低痉挛性脑性麻痹儿童的下肢痉挛,疼痛和popliteal角度为次要目标。
弹性体是必不可少的材料,因为它们的灵活,可拉伸和弹性性质。但是,构成弹性体的聚合物网络结构通常是不均匀的,从而限制了材料的性能。在这里,具有前所未有的应变性能力的高度可拉伸的弹性体是基于模块组装策略启用的高度均匀网络结构而开发的。弹性体是通过狭窄的分子量分布的星形脂肪族聚酯前体的有效末端链接来合成的。所得的产品显示出高强度(≈26mPa)和显着的可伸缩性(伸展比在突破≈1900%),以及良好的疲劳性耐药性和缺口不敏感性。此外,它显示出超出任何现有软材料的性能的非凡应变性功能(> 2000倍的增长)。这些独特的特性是由于应变诱导的聚合物链在均匀拉伸的网络中的排序,如原位X射线散射分析所揭示的那样。通过实现一个简单的变量sti sti sti sti or sectuator,用于软机器人技术,证明了这种伟大的应变性能力的实用性。
能够实时记录生理信号并提供适当治疗的高性能可穿戴和植入设备在个性化医疗改革中发挥着关键作用。然而,刚性无机设备与柔软有机人体组织之间的机械和生化不匹配会造成严重问题,包括皮肤刺激、组织损伤、信噪比降低以及使用时间有限。因此,人们投入了大量研究精力,通过使用灵活、可拉伸的设备设计和软材料来克服这些问题。在这里,我们总结了软生物电子学的最新代表性研究和技术进展,包括可变形和可拉伸的设备设计、各种类型的软电子材料以及表面涂层和处理方法。我们还重点介绍了这些策略在新兴软可穿戴和植入设备中的应用。我们最后总结了目前的一些局限性,并对这一蓬勃发展的领域的未来前景进行了展望。