新型生物传感器将彻底改变大脑控制机器人技术

一种新型碳基生物传感器将推动大脑控制机器人的新创新。生物传感器粘附在面部和头部的皮肤上，以便检测大脑发送的电信号。这些信号可以转化为控制自主机器人系统的命令。该传感器由生长在碳化硅衬底上的外延石墨烯制成，克服了石墨烯生物传感的三大挑战：腐蚀性、耐久性和皮肤接触电阻。

　　

这种生物传感器是由UTS工程和IT学院的Francesca Iacopi教授和她的团队开发的，它附着在面部和头部的皮肤上，以检测大脑发送的电信号。这些信号可以被转换成指令来控制自主机器人系统。

关于生物传感器的一项研究发表在本月的《神经工程杂志》上。

该传感器由外延石墨烯制成——本质上是多层非常薄、非常强的碳——直接生长在硅衬底上的碳化硅。其结果是一种高度可扩展的新型传感技术，克服了石墨烯生物传感的三大挑战:腐蚀、耐久性和皮肤接触电阻。

Iacopi教授说:“我们已经能够将最好的石墨烯与最好的硅技术结合起来，石墨烯具有非常好的生物相容性和导电性，这使得我们的生物传感器非常有弹性和耐用。”

石墨烯是一种经常用于生物传感器开发的纳米材料。然而，到目前为止，许多此类产品都是作为一次性应用开发的，而且由于与皮肤上的汗水和其他形式的水分接触，容易出现分层。

相比之下，UTS生物传感器可以长时间使用和多次重复使用，甚至在高盐环境中，这是一个前所未有的结果。此外，该传感器已被证明能显著降低所谓的皮肤接触电阻，即传感器和皮肤之间的非最佳接触会阻碍对大脑电信号的检测。

Iacopi教授说:“使用我们的传感器，当传感器接触到皮肤时，接触电阻会提高。”

“随着时间的推移，我们能够将最初的接触抗性减少75%以上。

“这意味着大脑发送的电信号可以被可靠地收集起来，然后显著放大，传感器也可以在恶劣条件下可靠地使用，从而增强了它们在脑机接口上的应用潜力。”

这项研究是一个大项目的其中一部分，目的是研究如何利用脑电波来指挥和控制自动驾驶汽车。Iacopi教授在纳米技术和电子材料方面的工作在国际上享有声誉，而悉尼科技大学特聘教授林金腾(Chin-Teng Lin)则是脑机接口领域的领军人物。

该项目得到了国防创新中心120万美元的资助。

如果成功，这项研究将生产出小型化、定制化的基于石墨烯的传感器，这种传感器有可能应用于国防环境和其他领域。

Journal Reference:

1. Shaikh Faisal, Mojtaba Amjadipour, Kimi Izzo, James Singer, Avi Bendavid, Chin-Teng Lin, Francesca Iacopi. Non-invasive on-skin sensors for brain machine interfaces with epitaxial graphene. Journal of Neural Engineering, 2021; DOI: 10.1088/1741-2552/ac4085

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University of Technology Sydney. "Novel biosensors set to revolutionize brain-controlled robotics." ScienceDaily. ScienceDaily, 22 December 2021. <www.sciencedaily.com/releases/2021/12/211222100804.htm>.

University of Technology Sydney. (2021, December 22). Novel biosensors set to revolutionize brain-controlled robotics. ScienceDaily. Retrieved December 22, 2021 from www.sciencedaily.com/releases/2021/12/211222100804.htm

University of Technology Sydney. "Novel biosensors set to revolutionize brain-controlled robotics." ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2021/12/211222100804.htm (accessed December 22, 2021).