仿生手指可窺見復雜物體內部結構

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如果人們不用X射線或超聲波，而是用觸摸來成像人體和電子設備的內部會怎樣?

五邑大學教授羅堅義和合作者展示了一種仿生手指，可以通過觸摸復雜物體的外部表面來創建其內部形狀和紋理的3D地圖。相關研究2月16日發表于《細胞報告物理科學》 。

“我們的靈感來自人類的手指，它擁有我們所知道的最敏感的觸覺。”論文通訊作者羅堅義舉例說，“當人們用手指觸摸自己的身體時，不僅能感覺到皮膚的質地，還能感覺到皮膚下骨骼的輪廓。”

作者表示，新研究的仿生手指超越了以前只能識別和區分外部形狀、表面紋理和硬度的人工傳感器。

“仿生手指通過在物體上移動并施加壓力來‘掃描’物體。”論文共同作者、五邑大學講師陳志明介紹，每觸摸一次，碳纖維就會被壓縮一次，壓縮的程度提供了物體相對硬度或柔軟度的信息。

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這種仿生手指具有觸覺斷層掃描能力，為人體和柔性電子設備的無損檢測開辟了一條非光學途徑。圖片來自：羅堅義等

當目標物體被仿生手指觸摸時，也可能被壓縮：堅硬的物體能保持其形狀，而柔軟的物體在施加足夠的壓力時會變形。最后，這些信息連同位置信息一起被傳送到電腦上，并以3D圖像的形式顯示在屏幕上。

研究人員測試了仿生手指繪制的由多種材料構成的復雜物體內外部特征的能力，比如埋在軟硅層下的剛性字母A，以及更抽象的形狀物體。當用它掃描一個由3種不同材料（堅硬的內部材料、柔軟的內部材料和柔軟的外層涂層）組成的小復合物體時，仿生手指不僅能夠區分柔軟的外涂層和內部堅硬的脊狀結構，而且還能區分柔軟的外涂層和填充內部凹槽的柔軟材料。

隨后，他們測試了手指感知和成像人體組織的能力，利用3D打印技術制造出一種由3層硬聚合物“骨骼”部件和1層軟硅“肌肉”層組成的組織。仿生手指能夠重現該組織結構的3D輪廓，并定位肌肉層下的模擬血管。

該團隊還探索了仿生手指診斷電子設備問題的能力。通過用仿生手指掃描有缺陷的電子設備的表面，研究人員能夠繪制出其內部電子元件的圖像，并精確定位電路斷開，以及錯誤鉆孔的位置，而無需拆開電子設備。

“這種觸覺技術為人體和柔性電子設備的無損檢測開辟了一條非光學道路。”羅堅義說，“接下來，我們計劃繼續拓展仿生手指的能力，以便全方位檢測不同的表面材料。”

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