阿卜杜拉國王科技大學(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。

（圖片來源：?2020 KAUST）

能夠模擬人類皮膚強度、延展性和敏感性的材料可以用來實時采集生物數(shù)據(jù)。電子皮膚將會在下一代修復學、個人醫(yī)療、軟體機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：“理想的電子皮膚可以模擬人類皮膚的許多功能，包括精確實時地感受溫度和觸摸?！辈贿^，制造出既能承受日常生活中的磕碰，同時又靈活到能夠?qū)崿F(xiàn)這些精密功能的電子元件很有挑戰(zhàn)性，必須精心設計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。不過層與層之間的連接往往過于脆弱，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，電子皮膚則容易折斷，其靈活性大打折扣。

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

Cai和其同事Jie Shen領導的團隊將一種用硅納米顆粒增強的水凝膠用作強健而有彈性的基材，同時以一種2維碳化鈦MXene作為傳感層，通過導電性極強的納米線將二者聯(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的水凝膠作為強健且可拉伸的基材，制造出的耐用的電子皮膚。 （圖片來源：?2020 KAUST）

Shen解釋道，“水凝膠中含有超過70%的水，非常適合用來模擬人類皮膚?！毖芯咳藛T首先沿各個方向拉伸水凝膠，接著鋪上一層納米導線，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)測到20厘米外的物體，并在不足十分之一秒內(nèi)響應外界刺激；在用作壓力傳感器時，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的時間低于1/4秒。Shen表示，“電子皮膚在重復使用后仍能保持延展性是一項巨大的進步，這里模仿了人類皮膚的彈性和快速恢復的特性?！?/p>

這種電子皮膚可以檢測一系列生物信息，比如從動脈的變化和四肢關(guān)節(jié)的運動中檢測血壓的變化。檢測到的數(shù)據(jù)隨后可以通過Wi-Fi上傳并存儲在云端。

團隊領導人Vincent Tung補充道，“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，激光輔助增材制造提供了新的前景。”

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

（圖片來源：MichaelGaida/Pixabay）

翻譯：張宇哲

審校：董子晨曦

引進來源：阿卜杜拉國王科技大學

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


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