新加坡国立大学科学家研发出一种自我修复、可拉伸、触敏的电子皮肤

据外媒CNET报道，水母是海洋环境中重要的浮游生物，看起来十分漂亮。  近日新加坡国立大学的科学家受到了这种透明无嵴椎动物的启发，以构建他们的最新作品：一种自我修复、可拉伸、触敏的电子皮肤，可用于开发软体机器人和各种人机通信接口。

“我们想知道如何制作出能够模仿水母的防水性质并且还具有触感敏感性的人造材料，”该研究的首席研究员Benjamin Tee在一份新闻稿中表示。

Tee新作品的细节于2月15日在《自然⋅电子学》(Nature Electronics)上发表。“凝胶状，水生，可拉伸，自我修复的电子皮肤”被简称为GLASSES。

通过将弹性塑料与富含氟的离子液体混合成凝胶，Tee和他的研究团队创造了一种透明的电子皮肤，能够“自我修复”并在潮湿的环境中操作，这是以前的类似电子皮肤无法做到的。

“使我们的材料不同的是，它可以在潮湿和干燥的环境中保持其形状。它在海水中甚至在酸性或碱性环境中都能很好地工作，”Tee表示。

如果皮肤被切割或撕裂，该团队证明它可以在几分钟内主动恢复导电性，并在几天内将自身缝合在一起。并且材料也是导电的，这意味着它可以响应触摸，拉伸和拉紧。这些力改变了电子皮肤的电性能，通过测量这些变化，电子皮肤可以成为一种可行的方式来创建各种能够响应触摸的传感器。

研究人员表示，这可以促进与软体机器人相互作用的新方法，这是一个新兴的机器人领域，涉及用比固体金属更具延展性和柔韧性的材料来构造机器人，就像在波士顿动力的机器狗中使用的那样。研究人员通过简单的经典手机游戏《贪吃蛇》展示了GLASSES触感。

自我修复的电子皮肤也可能对环境产生积极影响，消除了更换的必要性。如果我们不回收我们的电子产品，我们就会把它们扔掉-每年产生超过4000万吨的电子废物。Tee从中看到了机会。

“我们希望创造一个未来，智能材料制成的电子设备可以执行自我修复功能，以减少世界上的电子废物量，”他表示。

    电子皮肤相关资讯介绍：  

据英国《每日邮报》6月22日报道，研究人员已经打造出一种能感知疼痛和触感的电子皮肤，包裹这种电子皮肤的假体能够有效帮助截肢者避免受伤。这种被称为e-dermis的电子皮肤，是由橡胶和织物打造的薄层，通过覆盖假手的指尖产生电脉冲。

当电子皮肤与物体接触时，这些微小的脉冲就会刺激假肢中的神经，以模拟触摸的真实感觉。研究团队已经在一位匿名的截肢者身上进行了电子皮肤测试，测试者称：“这种体验就像是一个空壳重新获得了生命一样。”

约翰-霍普金斯大学毕业生Luke Osborn说：“感知疼痛对于功能齐全的肢体来说是至关重要的，因为这种感觉可以帮助我们躲避危险、保护我们的身体。疼痛当然是令人讨厌的，但是它也是目前截肢者缺少的重要防护性触感。”

Luke表示：“假体设计和控制机制的进步可以帮助治疗截肢者恢复失去的功能，但他们通常缺乏意义重大的触觉反馈或者直觉。”

项目的研究人员，约翰-霍普金斯大学毕业生Luke Osborn称：“假体设计和控制机制的进步能够帮助截肢者恢复失去的功能，但是他们通常缺乏意义重大的触觉。”约翰-霍普金斯大学医学院的研究团队借鉴人类的复杂神经网络打造出了这种电子皮肤。

电子皮肤的传感器通过放置在皮肤上的电极连接到佩戴者的假体上的神经，以类似于真正的神经传递信号的方式相似。根据电子装置传递的不同脉冲模式，电子皮肤能够传递从轻触到疼痛的一系列感觉。

Osborn称：“借助这种感官反馈，我们能够为截肢者提供一种真实的感觉。”

    电子皮肤简介：  

电子皮肤，一种可以让机器人产生触觉的系统，其结构简单，可被加工成各种形状，能像衣服一样附着在设备表面，能够让机器人感知到物体的地点和方位以及硬度等信息。该项技术关键点在于一种名为QCT的复合材料，由美国麻省理工学院的技术人员研发而成。其他类似发明还有日本和飞利浦公司研制的电子皮肤。

 功能

电子皮肤模拟、还原甚至取代机体皮肤，首先要具备感觉和触觉，即与人体皮肤一样感知不同外界压力，畅通传导触觉信号的最基本功能。

早在2003年，日本东京大学的研究团队利用低分子有机物——并五苯分子制成薄膜，通过其表面密布的压力传感器，实现了电子皮肤感知压力。

时隔两年，该研究团队又在特殊塑料薄膜中重叠嵌入分别感知压力和温度的两组晶体管，在晶体管电线交叉的位置使用微传感器记录电流起伏，可判断出日常温度和每平方厘米300克以上的压力。此外，这种电子皮肤成本相当廉价，每平方米只需100日元（约1美元）。

美国加州大学伯克利分校研究团队设计出的电子皮肤，可辨别更细微的压强，这种由聚合树脂和敏感橡胶覆盖锗硅混合纳米线制成的皮肤，可感知50克以下的细微压力。

随着尖端材料科学研究的深入，石墨烯、碳纳米等特殊材料因超轻薄、韧性强、电阻率小等优良特性，被科学家认为是电子皮肤的优良“基底”。例如，由中国研究人员使用碳纳米管传感器制成的高灵敏度皮肤，甚至可感知到20毫克蚂蚁的重量。

英国剑桥大学的研究人员，也正在尝试将随意拉伸和变形的电路移植到透明的弹性硅胶上，力图赋予电子皮肤更多近似人体皮肤的物理特性。按照设计，这种电子皮肤可包裹四肢与手臂，有望应用于皮肤移植。

然而，电子皮肤真正移植于机体前，还要考虑皮肤内部的生理功能与结构问题。电子皮肤与周围正常皮肤的神经、肌肉、淋巴及腺体等和谐共生，将感知的触觉反馈给神经细胞，并接受神经精确无误的指令传输，这都是科学家们下一步努力的方向。