薄膜热电冷却器恢复病人幻肢冷感、热电薄膜器件

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根据发表在《自然·生物医学工程》杂志上的最新论文,美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室的研究人员开发出了世界上最小、最强、最快的制冷装置之一————可穿戴薄膜热电装置。 Cooler (TFTEC),并与神经科学家合作帮助截肢者通过幻肢感知温度。

研究人员表示,当一个人失去部分肢体时,残肢内的神经可能会让这个人感觉自己有幻肢。恢复温度感觉具有实际应用,例如识别饮料是冷还是热,还可以改善假肢的情感表达。

由此,TFTEC应运而生,其速度和强度足以匹配人体快速感知温度变化的能力。现在,截肢者可以使用TFTEC 来判断幻肢中的哪些位置可以感受到温度。

TFTEC 厚度仅约1 毫米,重量仅0.05 克,类似于一块胶带,可在不到1 秒的时间内提供高强度冷却。它的能源效率是当今最常见的热电器件的两倍,并且可以使用用于制造发光二极管的相同半导体工具轻松制造。

为了测试TFTEC 的功效,研究人员绘制了四名截肢者假肢的热感觉图。在冷检测任务中,TFTEC在所有参与者的幻肢中产生了清凉感,而传统热电技术只有一半的参与者产生了清凉感,而且速度快了8倍,强烈了3倍。此外,TFTEC 使用的能量是当前热电装置的一半。

这为各种应用开辟了新的可能性,例如改进的假肢、增强现实中的触觉模式以及用于疼痛管理的热疗法。它还具有各种潜在的工业应用,例如卫星能量收集。

过去有一种观点认为,幻肢是一种心理问题,患者对自己的身体认识不清,或者在失去部分肢体后否认自己残疾。但后来核磁共振告诉人们,当病人感觉到幻肢在移动时,大脑皮层的相应区域也活跃起来,就像真肢在移动时一样。在这项研究中,最先进的设备产生真实且信息丰富的信号,使截肢者能够“感觉”。当残肢中的神经还在的时候,它们可能无法端起一杯热水,但应该能够感受到侧面的温度。

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