仿生手指创建人体组织、电子设备和其他复杂物体的3D地图

如果我们不使用X射线或超声波，而是使用触摸来对人体和电子设备的内部进行成像，会怎样?在2月15日发表在《细胞报告物理科学》杂志上的一项研究中，研究人员展示了一种仿生手指，它可以通过触摸复杂物体的外表面来创建其内部形状和纹理的3D地图。

“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，”资深作者、五邑大学教授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。”

“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，”合著者、五邑大学讲师陈志明说。

仿生手指通过在物体上移动并施加压力来“扫描”物体——想象一下持续不断的戳或戳。每戳一次，碳纤维就会压缩，它们压缩的程度提供了关于物体相对刚度或柔软度的信息。根据物体的材料，它也可能在被仿生手指戳时压缩：刚性物体保持其形状，而柔软的物体在施加足够的压力时会变形。此信息连同记录位置一起传送到个人计算机并以3D地图的形式显示在屏幕上。

研究人员测试了仿生手指绘制出由多种材料制成的复杂物体的内部和外部特征的能力，例如埋在软硅层下的刚性“字母A”，以及更抽象形状的物体。当他们用它来扫描一个由三种不同材料(刚性内部材料、柔软内部材料和柔软外涂层)制成的小型复合物体时，仿生手指不仅能够区分软外涂层和内部硬涂层脊，但它也可以分辨出柔软的外涂层和填充内部凹槽的柔软材料之间的区别。

接下来，研究人员测试了手指感知和成像模拟人体组织的能力。他们使用3D打印技术创建了这种组织——由一个由三层硬聚合物和一个软硅胶“肌肉”层组成的骨骼组件组成。仿生手指能够重现组织结构的3D轮廓，并在肌肉层下方定位模拟血管。

该团队还探索了仿生手指在不打开电子设备的情况下诊断电子设备问题的能力。通过用仿生手指扫描有缺陷的电子设备的表面，研究人员能够创建其内部电子元件的地图，并查明电路断开的位置以及误钻的孔，而无需突破封装层。

“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。”