近日，约翰霍普金斯应用物理实验室的研究团队研发了一款全球最小、最强力、最迅速的制冷装置——可穿戴式薄膜热电冷却器（TFTEC）。该团队与神经科学专家合作，创新性地帮助截肢人士通过其幻肢感受到温度，这一技术突破在业界尚属首次。这项技术的开发不仅为众多领域带来了新的应用可能性，如提升假肢的功能、为增强现实技术中的新型交互模式提供触觉反馈，以及在疼痛管理等领域应用热调节疗法。此外，这项技术在工业和科研领域也展现出广泛的应用前景，包括电子设备的冷却、激光器的温度控制以及卫星能量收集等方面。
图一：截肢患者试用可穿戴薄膜热电冷却器
APL的薄膜热电制冷器（TFTEC）项目启动于2016年，由该实验室热电研究领域的首席技术专家领导，到2019年底，控制分层工程超晶格结构（CHESS）研究取得了重大进展，这一突破让探索科学分布的主管产生了利用这些设备来帮助截肢者通过幻肢感受到温度，从而提升假肢的使用体验的想法。业内人士表示：“我们一直知道可以通过刺激截肢者残肢的特定部位让他们感受到触觉和振动，但至今无人能够以足够的速度、强度和效率创造出一种冷却感觉，以恢复假肢系统的自然热感知。”他进一步解释说：“恢复温度感知不仅在实际应用中具有重要意义，如辨别冷饮，还有可能增强截肢者对假肢的情感认同，比如通过亲人手心的温度来增进情感联系。” 在科学研究所的支持下，一个由神经科学家和机器人学家组成的团队开展了合作，他们共同致力于研发一款能够迅速响应人体对温度变化敏感的可穿戴式热电致冷器，该项目的成果就是TFTEC的诞生。其团队研究人员介绍说：“我们的TFTEC厚度仅略超过一毫米，重量极轻，只有0.05克，类似于一片薄薄的粘性绷带。它能在不到一秒的时间内产生强烈的冷却效果。此外，它的能源效率是当今最常见热电设备的两倍，并且可以利用现有的半导体制造工具轻松生产，这些工具通常也用于制造发光二极管。这一创新成果对于假肢和触觉技术的应用前景具有重大意义。” “当人们失去某个脂体的一部分时，残留的肢体中仍然存在神经，这些神经可能导致人们感受到所谓的幻肢现象，” 神经工程研究员解释道，他在APL主导了许多非侵入性神经刺激项目。“我们可以在截肢者上臂的不同部位放置电极，那里的神经已经重新生长，通过这种方式我们可以刺激出感觉——通常是压力感，但在我们目前的研究案例中是温度感——参与者能够指出他们在幻肢的哪个具体位置感受到了这些感觉。”团队研究员表示，在研究中仅仅经过几次尝试，就能成功刺激截肢者的幻肢，参与者也能感受到温度和疼痛。
