具有自己的神经系统的生物工程机械手将感知触摸

触觉常被认为是理所当然的。对于没有四肢或手的人来说，失去那种触觉可能是毁灭性的。虽然具有复杂的活动手指和关节的假肢几乎可以模仿每个手的动作，但对于用户而言仍然令人沮丧且不自然。这主要是因为他们缺乏指导每个动作的触觉体验。感觉上的空隙导致这些非常昂贵的人造装置的有限使用或放弃。那么，为什么不制作一种可以真正“感觉”其环境的假体呢?

这正是佛罗里达大西洋大学和犹他大学医学院的跨学科科学家团队的目标。他们正在开发首创的生物工程机器人手，该手可以生长并适应其环境。这个“活着”的机器人将拥有自己的外围神经系统，直接连接机器人的传感器和执行器。FAU的工程与计算机科学学院领导着多学科团队，该团队已获得美国国立卫生研究院生物医学成像与生物工程研究所为期四年，金额为130万美元的拨款，该项目名为“虚拟神经假体：恢复人们的自主权”患有神经创伤。”

凭借在机器人技术，生物工程，行为科学，神经再生，电生理，微流控设备和整形外科方面的专业知识，研究团队正在创造一条从机器人的触觉到用户大脑的生存之路，以帮助截肢者控制机器人手。神经假体平台将使他们能够探索神经元和行为如何共同发挥作用，以在人造肢体中重新产生触摸感。

该项目的核心是在FAU工程与计算机科学学院的BioRobotics实验室开发的尖端机械手。就像人类的指尖一样，机械手配备了许多对环境变化有反应的感觉受体。在人类的控制下，它可以感知压力变化，解释其接收的信息并与各种对象进行交互。它根据对象的重量或脆弱性来调整抓地力。但是真正的挑战是弄清楚如何使用活动的残留神经通路将这些信息发送回大脑，以替代那些因创伤而受损或破坏的信息。

当周围神经被切断或损坏时，它利用触觉感受器创造的丰富的电活动来恢复自身。我们想研究指尖传感器如何帮助受损或切断的神经再生。”首席研究员，FAU海洋与机械工程系副教授，FAU生物机器人实验室主任Erik Engeberg博士说。“要实现这一点，我们将直接在体外连接这些活的神经，然后每天用机械手的传感器对它们进行电刺激，以观察在无肢体的人操作手的情况下神经如何生长和再生。 ”

对于这项研究，神经元将不会保留在常规培养皿中。取而代之的是，将它们放置在生物相容性微流控室中，该室提供模仿活细胞基本功能的滋养环境。Sarah E. Du博士，首席研究员，FAU海洋与机械工程系的助理教授，新兴的微流体领域的专家，已经开发出了这些带有嵌入式微电极的微型定制人工室。研究团队将能够通过机器人手的电脉冲刺激神经元，从而在受伤后帮助其再生。它们将实时进行形态学和电学测量，以恢复多少神经组织。

魏建宁博士，共同主研究员，FAU查尔斯·施密特医学院的生物医学科学副教授，神经损伤和再生专家，将在体外制备神经元，观察它们的生长并观察他们在受伤后如何表现和再生。这种“虚拟”方法将为研究团队提供多次测试和重新测试神经的机会，而不会对受试者造成任何伤害。

使用脑电图(EEG)来检测大脑中的电活动，Charles E. Schmidt理学院的FAU复杂系统与脑科学中心副研究员，Emmanuelle Tognoli博士，以及电生理学，神经，行为和认知科学领域的专家将研究如何将来自机器人传感器的触觉信息传递到大脑，以区分成功或不成功地恢复触感的场景。她的目标是：了解行为如何帮助神经再生以及这种神经再生如何帮助行为。

一旦来自机器人触觉传感器的神经冲动穿过微流体腔室，它们就会被发送回操纵机器人手的人类用户。这是通过一个特殊的设备完成的，该设备将来自微流体腔室的信号转换成位于被截肢者手臂其余部分上的袖带上的可控压力。用户将知道他们是否太用力挤压物体或是否失去抓地力。

恩伯格(Engeberg)还与犹他大学医学院(University of Utah)的骨科学共同研究者兼骨科学系教授道格拉斯·哈钦森(Douglas T. Hutchinson)一起工作，他专门研究手和整形外科。他们正在开发一系列任务和性能的行为神经指标，这些指标和行为最终将揭示如何使用机器人设备在截肢者和肢体缺失人群中促进健康的触摸感。该研究小组还正在寻找具有多学科经验的博士后研究员来从事这一突破性项目。

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