阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)(KAUST)的研究人員研發(fā)出一種耐用的“電子皮膚”，它能夠模擬人類皮膚的功能，比如感受溫度和撫摸。

（圖片來(lái)源：?2020 KAUST）

能夠模擬人類皮膚強(qiáng)度、延展性和敏感性的材料可以用來(lái)實(shí)時(shí)采集生物數(shù)據(jù)。電子皮膚將會(huì)在下一代修復(fù)學(xué)、個(gè)人醫(yī)療、軟體機(jī)器人和人工智能技術(shù)中發(fā)揮重要作用。

KAUST的博士后Yichen Cai說(shuō)：“理想的電子皮膚可以模擬人類皮膚的許多功能，包括精確實(shí)時(shí)地感受溫度和觸摸。”不過(guò)，制造出既能承受日常生活中的磕碰，同時(shí)又靈活到能夠?qū)崿F(xiàn)這些精密功能的電子元件很有挑戰(zhàn)性，必須精心設(shè)計(jì)其中用到的每一種材料。

大多數(shù)電子皮膚將活性納米材料（傳感器）層布置在附著于人類皮膚的可拉伸表面上。不過(guò)層與層之間的連接往往過(guò)于脆弱，降低了其耐久性和靈敏度；但如果（將層與層之間的連接做得）太強(qiáng)，電子皮膚則容易折斷，其靈活性大打折扣。

Cai表示，“電子皮膚的應(yīng)用前景一直在以驚人的速度變化。原子尺度的厚度、具有強(qiáng)韌機(jī)械性能的2維傳感器的出現(xiàn)，加速了整合形成實(shí)用且耐用的人造皮膚中的進(jìn)程。”

Cai和其同事Jie Shen領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)將一種用硅納米顆粒增強(qiáng)的水凝膠用作強(qiáng)健而有彈性的基材，同時(shí)以一種2維碳化鈦MXene作為傳感層，通過(guò)導(dǎo)電性極強(qiáng)的納米線將二者聯(lián)通，制造出一種耐用的電子皮膚。

KAUST利用一種由硅納米顆粒增強(qiáng)的水凝膠作為強(qiáng)健且可拉伸的基材，制造出的耐用的電子皮膚。 （圖片來(lái)源：?2020 KAUST）

Shen解釋道，“水凝膠中含有超過(guò)70%的水，非常適合用來(lái)模擬人類皮膚。”研究人員首先沿各個(gè)方向拉伸水凝膠，接著鋪上一層納米導(dǎo)線，隨后小心地控制水凝膠的釋放，“開辟”出聯(lián)通傳感器層的導(dǎo)電通道，這條通道在材料被拉伸至原始尺寸的28倍后仍能保持完好。

他們制造的電子皮膚樣本可以監(jiān)測(cè)到20厘米外的物體，并在不足十分之一秒內(nèi)響應(yīng)外界刺激；在用作壓力傳感器時(shí)，可以分辨出上面的筆跡。另外，在經(jīng)歷5,000次變形后仍能正常工作，且每次從變形中恢復(fù)的時(shí)間低于1/4秒。Shen表示，“電子皮膚在重復(fù)使用后仍能保持延展性是一項(xiàng)巨大的進(jìn)步，這里模仿了人類皮膚的彈性和快速恢復(fù)的特性?！?/p>

這種電子皮膚可以檢測(cè)一系列生物信息，比如從動(dòng)脈的變化和四肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)中檢測(cè)血壓的變化。檢測(cè)到的數(shù)據(jù)隨后可以通過(guò)Wi-Fi上傳并存儲(chǔ)在云端。

團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)人Vincent Tung補(bǔ)充道，“這種電子皮膚得以廣泛使用的一大難題是量產(chǎn)高精度傳感器；不過(guò)，激光輔助增材制造提供了新的前景?！?/p>

Cai又補(bǔ)充道，“我們可以設(shè)想將這一技術(shù)用于生物以外的領(lǐng)域：有朝一日可以用可拉伸傳感器陣列來(lái)監(jiān)測(cè)包括家具和飛行器在內(nèi)的無(wú)生命物體的結(jié)構(gòu)壽命?！?/p>

（圖片來(lái)源：MichaelGaida/Pixabay）

翻譯：張宇哲

審校：董子晨曦

引進(jìn)來(lái)源：阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)

引進(jìn)鏈接：https://techxplore.com/news/2020-11-electronic-skin-strong-future.html


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