东北师范大学研究团队利用忆阻器开发出一种类果冻的人造神经。它能精准识别四个等级的痛感并实现伤口自愈，未来有望用于先进假肢和人机交互。
具有疼痛分级能力的生物和人工伤害感受神经
在我们全身各处，分布着无数微小的传感器，医学上称之为痛觉感受器。它们的工作是捕捉潜在的伤害信号，并迅速向大脑和脊髓发出警告，保护我们免受组织损伤。长期以来，科学家一直试图在电子设备中模拟这种生物本能。
最近，来自中国东北师范大学的研究团队在这一领域取得了重要进展。由Sanjukta Mondal报道，该团队设计出一种果冻状的人造痛觉神经通路。这种装置的核心是一个微小的电子元件，叫做忆阻器。忆阻器不仅能控制电流流向，还能记忆流经它的电荷量。
过去，科学家尝试用传统的半导体技术制造人造痛觉传感器，但由于电路极其复杂且体积庞大，很难模拟人类细微的疼痛反应。忆阻器的出现改变了局面。研究人员利用忆阻器中的量子化电导现象，让电流以离散的阶梯状流动，而不是平滑的水流。这种特性让人造感受器不再只是简单地开启或关闭，而是能像人类痛觉量表一样，分出四个不同的等级：无痛、轻微疼痛、中度疼痛和重度疼痛。
为了实现这种精准的感应，研究人员使用了两种不同浓度的明胶薄膜。他们在压力传感器中使用10wt.%浓度的明胶，在忆阻器中使用1wt.%浓度的明胶。将这两个部分串联在一起，就形成了一条人造神经。在测试中，当团队施加9到45kPa的机械压力时，系统准确地检测到了从无痛到剧痛的四个不同状态。
这种仿生感受器的神奇之处还在于它的自愈能力。在实验中，研究人员在明胶传感器上切开了宽度达50.7µm的伤口。随后，他们施加60°C的热量并持续20分钟。结果显示，热处理后伤口完全消失，材料的导电性能也恢复到了最初的状态。这种自我修复能力对于开发能够长期使用的柔性电子器件至关重要。
为了验证其实用性，研究团队还将这种人造痛觉传感器连接到了麻醉小鼠的坐骨神经上。当传感器受到压力刺激时，它会发送电信号，直接引发小鼠肌肉收缩。这成功模拟了生物体自然的避痛反应。
这项由Xuanyu Shan等人发表在《先进功能材料》杂志上的研究，为神经义肢和直觉式人机交互开辟了新的边界。这种类果冻的新型材料能够重塑人机界面，并为受伤后的康复技术提供支持。正如Gaby Clark和Robert Egan在审校中所指出的，模拟疼痛感知不仅仅是为了让机器感觉到疼，更是为了让未来的智能系统拥有更真实的感知力与自我保护能力。
