A Bioinspired Artificial Injury Response System Based on a Robust Polymer Memristor to Mimic a Sense of Pain, Sign of Injury, and Healing

材料科学 摩擦电效应 纳米技术 伤害感受器 记忆电阻器 人工肌肉 生物医学工程 计算机科学 执行机构 医学 人工智能 伤害 电气工程 复合材料 工程类 受体 内科学
作者
Xiaojie Xu,En Ju Cho,Logan Bekker,A. Alec Talin,Elaine Lee,Andrew J. Pascall,Marcus A. Worsley,Jenny Zhou,Caitlyn C. Cook,Joshua D. Kuntz,Seongkoo Cho,Christine A. Orme
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (15) 被引量:79
标识
DOI:10.1002/advs.202200629
摘要

Abstract Flexible electronic skin with features that include sensing, processing, and responding to stimuli have transformed human–robot interactions. However, more advanced capabilities, such as human‐like self‐protection modalities with a sense of pain, sign of injury, and healing, are more challenging. Herein, a novel, flexible, and robust diffusive memristor based on a copolymer of chlorotrifluoroethylene and vinylidene fluoride (FK‐800) as an artificial nociceptor (pain sensor) is reported. Devices composed of Ag/FK‐800/Pt have outstanding switching endurance >10 6 cycles, orders of magnitude higher than any other two‐terminal polymer/organic memristors in literature (typically 10 2 –10 3 cycles). In situ conductive atomic force microscopy is employed to dynamically switch individual filaments, which demonstrates that conductive filaments correlate with polymer grain boundaries and FK‐800 has superior morphological stability under repeated switching cycles. It is hypothesized that the high thermal stability and high elasticity of FK‐800 contribute to the stability under local Joule heating associated with electrical switching. To mimic biological nociceptors, four signature nociceptive characteristics are demonstrated: threshold triggering, no adaptation, relaxation, and sensitization. Lastly, by integrating a triboelectric generator (artificial mechanoreceptor), memristor (artificial nociceptor), and light emitting diode (artificial bruise), the first bioinspired injury response system capable of sensing pain, showing signs of injury, and healing, is demonstrated.

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