院士专家校园行丨走进东荟花园小学，一起了解触觉与仿生电子皮肤
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你了解过人类的触觉吗？
你知道什么是仿生电子皮肤吗？
你想象过未来触觉会是什么样子吗？
2022年广州院士专家校园行
邀请了黄埔材料研究院的张通博士
在6月2日下午
带着东荟花园小学的同学们一起
走进“触觉与仿生电子皮肤”的神秘世界
01
专家介绍
张通
广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院柔性触觉传感器中心主任，核心科学家；中国科学院长春应用化学研究所，副研究员。2012年本科毕业于吉林大学高分子材料与工程专业；2018年博士毕业于中科院长春应用化学研究所高分子物理与化学专业；同年就职于中国科学院长春应用化学研究所；2020年任广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院核心科学家；2021年任广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院柔性触觉传感器中心主任，广州埔慧科技有限公司总经理。主要研究方向包括：柔性触觉传感器、可穿戴电子设备、柔性与可印刷电子器件等；以第一或通讯作者在Adv. Energy Mater.，Adv. Mater. Technol.等国内外期刊发表论文10余篇，申请与授权专利30余项。2019年获得国家自然科学基金委青年科学基金项目支持；2020年获得广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院“创新团队项目”支持。主要负责微结构型柔性触觉传感器的基础研究、技术成果转化与产业化应用。
02
课程介绍
触觉与仿生电子皮肤
在这次的讲座中
张老师主要通过三个方面的内容
向同学们普及
“触觉”和“仿生电子皮肤”的相关知识
与同学们一起探讨触觉的未来
并为同学们答疑解惑
面对这样一个全新的知识领域
同学们都表现出极大的热情
大家不仅认真做笔记
还将自己的所思所想与老师讨论
接下来让我们跟着张老师专业的讲解
与求知若渴的同学们一起
深入地了解我们既熟悉又陌生的触觉
相信听了这次讲座
大家一定会收获满满
03
科普课堂
触觉
什么是触觉？
五感：指形、声、闻、味、触，分别对应人的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉。其中触觉属于五感的一种，一般指触摸的感觉。
触觉的作用有哪些？
1、感受外界的触碰
2、感知不同物体的重量
3、感知不同的物体的轮廓、材质、纹理
4、识别文字
5、中医把脉判断健康状况
6、感受人与人之间的关系与情感
触觉是如何实现的？
触觉不仅仅只有皮肤来参与，皮肤只是一个感受器，感觉最终还要通过大脑的参与才能完成触觉的整个过程。我们知道，从手到大脑是有距离的，因此就需要我们的神经系统来将皮肤感受到的信号传递到我们的大脑。
整个触觉分为三个非常关键的部分：
第一，触觉的感受器，也就是我们的皮肤；
第二，触觉的传输系统，我们需要神经作为传导来传输信号；
第三，触觉的处理系统，我们需要大脑接收到信号，告诉人体触觉是怎么样的一个形式。
04
科普课堂
仿生电子皮肤
仿生电子皮肤是如何模仿触觉的？
和皮肤对应的是柔性触觉传感器，和信号传输通路神经对应的是导线或者无线接收通路，和大脑对应的则是单片机或者计算机，当然最终的一个信号还是要呈现给人类，通过阅读观察的方式来获得。
仿生电子皮肤的特点是什么？
研究者们希望仿生电子皮肤能够像人类的皮肤一样，具有轻薄、柔软以及可以拉伸的特点，能够感受外部的压力，辨别按压的位置，此外也能像皮肤一样具有自愈合的功能。
仿生电子皮肤的结构是什么？
仿生电子皮肤：一般包括压阻型、压容型、压电型。
仿生电子皮肤的工作原理
以微结构型压阻式传感器为例，它里面有凸起的微小的结构，结构表面也会有一些导电的材料。当我们按压传感器的时候，这些的微小结构被挤压变形，与电极之间的接触面积就会变大，导电性就会变强，由此完成它从力到电的一个响应。
仿生电子皮肤的性能甚至可以超越真实皮肤，能够用来测试几帕到几兆帕范围内不同的压强大小。能够感受到蚂蚁爬过，也能检测轮胎与地面的压力。
仿生电子皮肤的应用有哪些？
1、柔性触觉传感器：感受外界的触碰、感受外界压力的大小与分布位置、监测脉搏波信号。
2、结合人工智能算法 ：识别物体的轮廓、通过触摸识别文字。
3、感知物体的材质、纹理。
4、中医把脉判断健康状况。
05
科普课堂
触觉的未来
首先，从虚拟触觉来讲，现在的触觉都是感受实际物体的，未来触觉的发展是否有可能让我们感受到虚拟的物体呢？我们可以想象，当我们在未来戴上VR或者AR眼镜的时候，虽然看到的是虚拟的物体，但是我们也能像摸到实体一样，感受它的轮廓和材质，这就是未来我们能够实现的虚拟触觉。
其次，从人机融合来讲，人体靠的是神经，那有没有可能将我们的神经与计算机的电路系统融合在一起。这样的话，机器就可以把感觉传递给我们的大脑，即使是假肢，也可以获得跟真正手臂一样的感知能力。
再者，未来有没有可能随着人工智能的发展，让机器人获得类似我们人类的触觉感受呢？进一步讲，随着科技的发展，我们的城市能否会有触觉，当我们的传感器遍布城市的每一个角落，它是否能够像我们一样具有触觉。
最后，未来我们的星球是否也能变成智慧的星球，具有触觉，它是否能感受到在它表面发生过的一切事情。说的再远一点，人类终有一天会驶向星辰大海登上其他的星球。到那个时候，是否也能让我们的宇航服具有触觉，这样在登陆的时候就可以真实的感受到这颗星球的土地是坚硬还是柔软。
06
专家答疑
问
如果人的手断了还能不能接上去（不是接电子的手）？
答
历史上有真实的案例，一位小朋友的手指不幸断了之后，在短时间内非常快速地将神经接起来之后，手指最后是可以痊愈的。但如果时间久了，我们的神经已经坏死了或者我们的组织已经失血过多，这个时候就算是接上也会没有知觉。
问
如果一个人的触觉、视觉、听觉和味觉全都没有了会怎么样？
答
在世界上的确有这样一类小朋友，他们会失去痛觉，这其实是非常可怕的事情，因为如果他感觉不到阵痛，他碰到自己的时候，就会很容易弄伤自己。同理，如果我们失去了触觉、视觉、听觉和味觉，我们的世界就会变得索然无味，因为我们无法感受到这个世界的美丽。但是，随着科技的发展，我们也在发掘人工视觉或者人工触觉，让这些天生失去这种感觉的小朋友们，能真正感受到丰富多彩的世界。
问
电子皮肤现在在医疗、军事等方面有没有大的用途？
答
现阶段的电子皮肤在医疗领域，它可以接收到我们脉搏波的信号，并通过这个信号，帮助我们诊断心跳是否跳动过快，或者是否有心律不齐这样的一些疾病。而在军事领域，可以用于武器、弹药的研发，比如说将电子皮肤放在防弹衣中，可以精准的测量它受到冲击时的力是多少。
问
如果人工智能的技术发达了以后，那些机器会不会有自己的感觉？或者它们会不会自主进化，然后去造反？
答
随着现在人工智能的发展，它有可能会出现独立的意识，但这会是一个非常遥远的未来，我们现在的技术还远远没有达到出现能和人类作对的机器人。机器人在未来真的有可能拥有意识，但这一切的发展，它都是通过人类的努力下实现的。我相信未来的机器人，更多的是能够服务我们人类，能够和我们人类友好地相处，因为机器人毕竟是在我们人类的科技上发展出来的产物。
问
如果双手或者双脚截肢了，可不可以用仿生电子皮肤替代？
答
我们现在研究的电子皮肤技术能够实现力-电转换，但还没有办法让人体感受到触觉。但随着科技的发展，我们会将这个电信号和我们人体的神经信号更多地去融合起来。在未来我相信，我们的机械假肢也能像人一样有触觉，而且这个触觉可以直接传递到我们大脑，让我们能够直接感受到这个世界。
问
PIEZO蛋白质对人体有什么影响？
答
PIEZO是压感的意思，这个就是让我们感受压力的蛋白。我们知道皮肤具有触感，为什么皮肤有触感呢？因为皮肤中有触觉小体，而其中的细胞膜上具有PIEZO蛋白，PLEZ0蛋白在细胞膜上能够将细胞上的形变转换成电信号，从而传递给神经系统，它的作用正是让我们具有触觉的功能。
在这个时代
科学是人类智慧的最高成果
也是社会物质福利的主要源泉
科学技术的进步
来源于人们对美好生活的向往
依靠于科学家孜孜以求的艰辛探索
这次精彩的科普活动
同学们都听得津津有味
触觉的世界蕴藏着许多未知
但同样充满着精彩
希望同学们都能够像张老师说的那样
永远保持无限的想象力
用人类触觉的力量
努力触碰光明的未来
广州“院士专家校园行”活动
科技是国之利器，教育是国之重器，少年是国之未来。青少年科普教育是提升科学素养和创新精神的打底工程，对国家发展和民族复兴具有非常重要的战略意义。广州“院士专家校园行”项目是广州市科学技术协会和广州市教育局专门为广州市中小学生精心策划、量身打造的年度科普活动，通过邀请优秀科学家深入广州地区中小学校开展科普讲座，让青少年与科学大师亲密接触，收获知识的同时感受科学家的人格魅力和不断探索、勇于创新的科学精神。
自2017年3月活动开展以来，该项目先后邀请了包括欧阳自远、张景中、陈新滋、刘人怀、钟世镇、黄乃正（香港）、方滨兴、杜如虚、林浩然、叶玉如（香港）、吴硕贤、刘焕彬、徐义刚、张培震、罗锡文、苏国辉等16名院士在内的90多位不同领域的科技工作者，在广州460所中小学校为近16万中小学生开展科普讲座470场，深受学校和广大师生的欢迎。
来源：广州市青少年科技中心
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【来源：广州市科协】
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