今日，頂尖學術期刊《科學》上刊登了一項來自鮑哲南教授團隊的突破性研究。在這項研究中，科學家們開發出了一款全新的人造神經系統，併成功用它實現了對觸覺的模擬。值得一提的是，這項研究也得到了《科學》雜誌的特別關注，並在官網和雜誌上連發兩篇評論進行專題報道。
《科學》對這項研究極為重視，同日進行了多項報道（圖片來源：《科學》）
鮑哲南教授是知名華人科學家，目前是斯坦福大學化學工程系的教授，主攻有機電子材料的設計與研發。近年來，她在柔性智能人造皮膚的開發上取得了一系列突破，有望為醫療器械帶來前所未有的全新性能。基於她的貢獻，《自然》雜誌在 2015 年將她評選為對全球科學界產生重大影響的年度十大人物之一。去年，她又獲得了歐萊雅 - 聯合國教科文組織頒發的“世界傑出女科學家獎”。
鮑哲南教授是人造皮膚領域的先驅之一（圖片來源：鮑哲南教授實驗室官網視頻截圖）
在最新的這項研究中，鮑哲南教授與其合作伙伴 Tae-Woo Lee 教授在通往智能人造皮膚的道路上更近一步。我們知道，人類皮膚簡直是大自然演化的傑作——成千上萬個感受器能夠感受到壓力、溫度、位置等不同的信息。這些信息極為複雜。如果我們的身體用電腦的方式去處理這些信息，將耗費大量能量。
而人體的巧妙之處在於我們用了一種極為高效的機制，去處理現實世界所遇到的問題。這套機制分為幾個環節，分別是感知機械力的受體、局部的神經簇、脊髓、以及大腦。只有信號積累到一定的強度，才會傳遞到下一個環節。這樣一來，我們就省卻了許多不必要的信號處理過程，大大提高了效率。
這套人工神經系統是對人類觸覺信號傳遞機制的一個模擬（圖片來源：《科學》）
生物學的奇妙機制，深深啟發了研究人員。他們模擬這套系統，利用柔性有機材料，開發出了一款人造神經系統。它由三個部分組成：首先，一系列感受器能感知極為細微的壓力，併產生相應的電壓變化；其次，一款環形振盪器能將電壓變化轉變為電脈衝；第三，一種叫做突觸晶體管（synaptic transistor）的設備能模擬神經元的功能，以特定模式輸出電脈衝。
“生物的突觸能傳遞信號，儲存信息，來做出簡單的決定，”該研究的通訊作者之一 Tae-Woo Lee 教授說道：“這款突觸晶體管能在人造神經網絡中實現這些功能。”
這款系統足以識別盲文字母（圖片來源：《科學》）
在後續研究中，科學家們證實，他們開發的人造神經能很好地用來模擬皮膚的觸覺功能。在第一項測試中，研究人員們發現，基於這款人造神經系統打造的人工皮膚可以準確地感知物體的運動方向；在第二項測試中，這款人工皮膚甚至還可以識別盲文！
更為精彩的是，這款系統還能與生物體進行有機結合，控制肌肉。在另一項測試裡，科學家們把人造神經系統接到了蟑螂的腿上，隨後用不同的壓力值去觸碰壓力感受器，觀察蟑螂腿的反應。結果表明，壓力越大，蟑螂腿的運動越劇烈！這也支持了該系統在實際生物體中的應用潛力。
“我們總把皮膚想得很簡單，但它是一個包含了感知、信號傳遞、以及決策制定的複雜系統，” 鮑哲南教授說道：“這款人造的感知神經系統讓我們離製造皮膚般的感知神經網絡又近了一步。”
科學家們坦言，目前這款人工神經系統還較為初步，尚不能像皮膚那樣感知溫度。但這款成本並不高昂的發明讓我們有望開發出更智能的人造皮膚，並將它應用於多種醫療設備上。對於因截肢而不得不使用義肢的患者來說，重新觸碰到世界，或許將不再是個遙遠的夢。
[1] A bioinspired flexible organic artificial afferent nerve
[2] New artificial nerves could transform prosthetics
[3] Neuromorphic circuits impart a sense of touch
[4] An artificial nerve system gives prosthetic devices and robots a sense of touch
[5] 鮑哲南教授實驗室官網
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