如果能讓機器人擁有觸覺，可以感知溫度、壓力，甚至具有神經活動，那么它們將“解鎖”更多新技能。日前，世界上首條柔性人造觸覺神經的問世，讓這一設想距離現實更近了一步。
近日，斯坦福大學鮑哲南教授、首爾大學Tae-Woo Lee教授、南開大學徐文濤教授團隊聯合在Science雜志發文，報道了一種基于柔性有機電子器件的高靈敏度仿生觸覺神經系統。這種人工神經觸覺系統具有良好的生物兼容性、柔性和高靈敏度，在機器人手術、義肢感觸等領域具有應用前景。
人類皮膚是極為復雜的系統，其中有成千上萬個感受器用于感知壓力、溫度、位置等信息。這些信息被轉化成神經信號，在外圍神經和中樞神經中逐級傳送。如果人類的身體用電腦的方式處理這些信息，將是一個極其復雜且耗能的過程。
“人體神經系統用極為高效的機制來處理現實世界所遇到的問題。外界刺激通過感知機械力的受體、局部的神經簇逐層傳遞到下一級神經、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，就省卻了許多不必要的信號處理過程，大大提高了效率！蹦祥_大學電子信息與光學工程學院教授徐文濤說。
徐文濤教授介紹，他和其合作者要解決的核心問題和關鍵難點在于，設計并實現與生物神經系統工作原理相似，能夠與生物神經信號兼容的人造系統，并使這套系統具有很好的柔韌性。
基于上述設想，中美韓聯合研究團隊利用柔性有機材料模擬了人體SA-I觸覺神經。這種人造感知神經由三個核心部件組成：電阻式壓力傳感器、有機環形振蕩器、突觸晶體管。
該系統首先利用一系列感受器感知極為細微的壓力，并產生相應的電壓變化，隨后通過環形振蕩器（人工神經纖維）將電壓變化轉變為電脈沖信號。多個環形振蕩器得到的電信號被突觸晶體管集成轉變為突觸電流，進而傳遞到下一級神經。
人工傳入神經系統與生物神經系統的比較
“從功能上講，這種人造神經能夠很好的模擬人類皮膚的觸覺功能，并能夠與生物體神經信號兼容。我們的初步試驗利用其與蟑螂腿的連接以及運動的控制，初步證實了這種兼容性。”徐文濤教授說，這項工作開創性地制造出了柔性人造感知神經，并實現了人造神經與動物神經形成的雜化反射弧。
據介紹，這種人造感知神經還具有重要的應用意義！坝捎谶@種感知神經與生物體神經的兼容性，它可應用于假肢中與人體神經系統相兼容的感知的實現，柔性輕質的結構將使相關產品具有很好的舒適性；而且對神經系統疾病的治療具有潛在意義。同時，這種人造神經如果應用于軟體機器人，可使其實現類似人類的感知，并在極端的工作環境中替代人。”徐文濤教授說。
研究團隊表示，盡管這項研究前景可期，但是目前還只是剛剛開始，還有很多工作要做。他們將繼續致力于傳感器和人造神經突觸等基本單元的功能開發，以及人造感知系統的完善。
“比如，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更加復雜信息以及溫度等，這些將是我們未來的工作方向。這款發明讓我們有望開發出更智能的人造皮膚，希望通過進一步強化和拓展功能，盡早地投入應用，造福人類。”徐文濤教授說。
