人工皮膚
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-16
人工皮膚的實例教程
在完整的設備級別開發人工偽裝仍然是一項極具挑戰性的任務，特別是在通過高分辨率偽裝圖案實現更先進和更自然的偽裝特性的目標下。最近，
漢陽大學
Sukjoon Hong
教授
和首爾國立大學
Seung Hwan Ko
教授
團隊
的策略是
將熱致變色液晶層與垂直堆疊的、圖案化的銀納米線加熱器集成在多層結構中，以通過疊加加熱器引起的溫度分布來克服傳統橫向像素化方案的局限性。
圖
1：能夠生成具有 RGB 著色的多種皮膚圖案的多層 ATACS。a
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多層 ATACS 的數字圖像及其帶有垂直堆疊圖案加熱器層的底部圖像。
b
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多層 ATACS 的配置：TLC 涂覆在黑色墨水層上。Ag NWs 滲透網絡加熱器堆疊在 cPI 薄膜上，并通過紫外激光燒蝕工藝進行圖案化。
c
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Ag NW 加熱器通過焦耳加熱機制產生熱量。
d
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其銀的 EDS 圖像橫截面的 SEM 圖像。比例尺為 5
μ
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CIE 1931 ATACS 色度圖及其在 25.5、28 和 36 °C 下的實際圖像。
f
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ATACS 的著色性能取決于各種直流電壓。
g
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具有 7 個多層高度靈活 ATACS 貼片的變色龍模型。
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在變色龍模型上演示多層 ATACT 補丁。
插圖是一個真正的變色龍，全彩。
同時，
該研究利用銀納米線網絡的溫度依賴性電阻作為主動控制系統的過程變量，解決了熱致變色偽裝方案的弱點
。
展開 近年來，高仿真機器人技術發展迅猛，實際應用過程中可能會遇到一些火情的隱患，具有阻燃防護功能的人工皮膚顯示出特定場景下的重要應用潛力。同時，若人工皮膚在對內部器件進行保護的同時，還可對所外界高溫刺激進行響應，實現預警反饋與動作上的有害刺激規避，則賦予這類人工皮膚更大的應用價值。上海科技大學凌盛杰課題組和合作者以蠶絲蛋白的高含鹽溶液及石墨烯為基本原料，采用一種高效的氣流輔助靜電紡絲方法，制備出了具有優異阻燃效應和火情預警功能的蠶絲納米纖維/石墨烯多功能電子皮膚。近日，該成果以“Electro-Blown Spun Silk/Graphene Nano-Ionotronic Skin for Multifunctional Fire Protection and Alarm”為題，發表在Advanced Materials期刊上。
納米纖維材料因其具備的可設計行強、透氣性好、可穿戴性能好等特點而在電子皮膚制備中受到廣泛關注。通常使用的靜電紡絲方法容易受到溶液導電性的影響，從而使得生產效率較難進一步提升。因此，研究團隊在電紡絲的基礎上，通過加入氣流輔助對紡絲射流進行強行糾偏與牽伸，從而實現了絲蛋白納米纖維的高速制備，其紡絲效率為同等條件下靜電紡絲的5-10倍。同時，作者選擇了環境友好、加工性好及物理機械性能可調節的絲蛋白作為主體材料，通過在紡絲過程中引入石墨烯和鈣離子實現材料的環境響應靈敏度與阻燃性的增強。最終可快速制備具有多級結構的絲蛋白納米纖維膜（圖1）。
展開 【背景介紹】
皮膚是人體最大的器官，是保護內部器官的物理屏障，并擁有神經網絡來感知環境（溫度、壓力、振動等）刺激。在生活中，人不可避免的會受到外傷（戰爭、自然災害等），損壞皮膚，因而人工皮膚在前期的肢體保護和后期的仿真修復都具有很大現實意義。電子皮膚是一種模仿人體皮膚功能的人工皮膚。研發出能夠模仿甚至超越人類皮膚的電子皮膚對于醫學診斷、仿生假肢以及人工智能的研究都至關重要。例如，鮑哲南團隊通過引入微結構聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜，使獲得的電子皮膚具有前所未有的靈敏度和快速的響應時間。雖然PDMS具有良好的生物相容性，但是它具有不透氣的缺點，因此不適合人長時間穿戴。同時，柔韌性是電子皮膚模擬人體皮膚機械性能的關鍵因素。其中Rogers團隊通過將松散的蛇紋石納米帶與彈性體基底相結合，將傳統的脆性材料轉化為高度柔韌、可拉伸和高性能的電子皮膚。可見通過合理地設計和集成，電子皮膚是可以實現甚至超越真實皮膚的性能。
眾所周知，皮革是從動物皮膚獲得的傳統天然材料，同時擁有皮膚的復雜結構。通過傳統的皮革工藝，可以使皮革恢復類似皮膚的柔性，但皮革的重要的感知能力仍未開發。盡管Rogers團隊使用PDMS作為粘合劑將硅器件粘合在皮革上，但他們僅將其作為簡單的基底處理，而忽略了皮革結構和性能的優點。皮革的多級結構使其易于擔載其它材料，具有制備高性能電子皮膚的潛能。通過將皮革與多樣化、功能化的納米材料相結合，可以使這一“死了的皮膚”，“起死回生”重新賦予它類似皮膚，甚至超越皮膚的功能。
【成果簡介】
最近，西北工業大學的黃維院士、南京工業大學的霍峰蔚教授和四川大學的黃鑫教授（共同通訊作者）等報道了一種簡單的、可設計的皮革電子皮膚。
展開 【背景介紹】
皮膚是人體最大的器官，是保護內部器官的物理屏障，并擁有神經網絡來感知環境（溫度、壓力、振動等）刺激。在生活中，人不可避免的會受到外傷（戰爭、自然災害等），損壞皮膚，因而人工皮膚在前期的保護免受傷害和后期的仿真修復都具有很大現實意義。而電子皮膚是一種模仿的人體皮膚功能的人工皮膚。在人工智能研究領域中，研發出能夠模仿甚至超越人類皮膚的電子皮膚對于醫學診斷和仿生假肢都至關最要。例如，鮑哲南團隊通過引入微結構聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜，使獲得的電子皮膚具有前所未有的靈敏度和短的響應時間。雖然PDMS具有良好的生物相容性，但是它具有不透氣的缺點，因此不適合人長時間穿戴。同時，柔韌性是電子皮膚模擬人體皮膚機械性能的關鍵因素。其中Rogers團隊通過將松散的蛇紋石納米帶與彈性體基質相結合，將傳統的脆性材料轉化為高度柔韌、可拉伸和可表現的電子皮膚。可見合理地集成不同功能的電子皮膚是可以實現甚至超越真實皮膚的性能。
眾所周知，皮革是從動物皮膚獲得的傳統天然材料，同時擁有皮膚的復雜結構。雖然傳統皮革的感知能力處于剝離狀態，但是可以恢復真皮的重要功能——敏感性。盡管Rogers團隊使用PDMS作為粘合劑將硅器件粘合在皮革上，但他們僅是將其作為簡單的基材處理，而忽略了皮革結構和性能的優點。由于皮革的層次結構使其易于裝載其他材料，所有皮革是作為制造高性能電子皮膚的潛在候選者。通過將不同的功能材料與皮革相結合制造出的新皮革，讓“死皮”重新被利用甚至超越真皮。
【成果簡介】
最近，南京工業大學的黃維院士、霍峰蔚教授和四川大學的黃鑫教授（共同通訊作者）等報道了一種簡單的、可設計的皮革電子皮膚。
展開 【引言】
通過功能性電子器件來模擬人類皮膚的基本特征是發展智能技術的重要一步，近年來具有類人類感知能力的人工皮膚成為一個重要的研究方向，而其中電子皮膚的研究更吸引了廣泛的研究興趣。電子皮膚需要覆蓋動態且不規則的表面，而且能夠承受多種重復、長時間的機械刺激（比如壓力、應變和彎曲等）。作為多功能傳感器，還要滿足高拉伸性、高靈敏度、寬感應范圍以及快速響應的要求。目前，多種柔性可拉伸的電子皮膚已經被成功開發出來，能夠測量人類活動所產生的電信號。這些傳感器是基于諸如壓電性、電容以及壓阻效應等不同機理。摩擦納米發電機是一種能夠實現能量富集和自供電的傳感技術，將其與電子皮膚相結合有望為下一代可穿戴電子產品、個性化醫療以及人機界面等領域帶來新的機會。
【成果簡介】
近日，美國佐治亞理工學院王中林教授課題組開發了一種簡單、低成本的方法制備可拉伸的摩擦納米發電機的方法，其可以用作多功能電子皮膚，并實現了生物力學能量的采集以及多種機械刺激的感知。通過在硅橡膠彈性體中嵌入連續的“鏈式”柵欄狀交錯的導電網絡，賦予了該種電子皮膚以良好的透明性和拉伸性、高壓敏感性以及優異的機械穩定性。研究表明，該摩擦納米發電機能夠點亮高達170個LED，而且其作為多功能傳感器能夠監測人的諸如動脈脈沖和聲音振動等生理信號。
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人工皮膚的最新內容
(a)一種具有吸汗功能的防垢冷卻織物，用于個人冷卻管理; (b) 受人體呼吸的啟發，疏水/親水設計的人工排汗皮膚; (c)具有單向水運的仿生蒸騰紡織品。
圖8.用于被動熱管理的個人輻射制冷。
此外，在人工出汗皮膚測試中，i-Cool顯示出出約3°C的冷卻效果，并且比棉花大大減少了汗水消耗。基于商業面料，驗證了i-Cool設計原理的實際應用可行性。由于其卓越的個人汗水管理性能，預計i-Cool概念可為下一代汗水管理紡織品提供有前途的設計指南。
光驅動型智能驅動力學超結構
圖6 磁驅動型智能驅動力學超結構
論文還總結了AMMs在各種領域的用途：有以爬行和游泳微型機器人為代表的智能機器人領域；包含微流控系統、微型驅動器、超疏水表面、柔性電池在內的各種微型化系統；包括智能抗沖擊結構、智能隱身斗篷、力學聲學和電磁隱身設備、智能天線在內的工程機械領域；包括柔性電子、仿生皮膚等人工組織結構
可拉伸離子導體是模擬彈性生物組織離子傳輸的重要材料，由此發展形成的“可拉伸離電學”在仿生皮膚、人工肌肉、可拉伸儲能、軟機器人等領域取得了廣泛應用。然而，現有的可拉伸離子導體大都基于富含自由離子的柔性高分子網絡，拉伸時柔性高分子鏈沿拉伸取向導致離子電導率發生輕微提升（一般小于5倍）。
近年來，高仿真機器人技術發展迅猛，實際應用過程中可能會遇到一些火情的隱患，具有阻燃防護功能的人工皮膚顯示出特定場景下的重要應用潛力。同時，若人工皮膚在對內部器件進行保護的同時，還可對所外界高溫刺激進行響應，實現預警反饋與動作上的有害刺激規避，則賦予這類人工皮膚更大的應用價值。
在完整的設備級別開發人工偽裝仍然是一項極具挑戰性的任務，特別是在通過高分辨率偽裝圖案實現更先進和更自然的偽裝特性的目標下。最近，
漢陽大學
Sukjoon Hong
教授
和首爾國立大學
Seung Hwan Ko
教授
團隊
的策略是
將熱致變色液晶層與垂直堆疊的、圖案化的銀納米線加熱器集成在多層結構中，以通過疊加加熱器引起的溫度分布來克服傳統橫向像素化方案的局限性
基于水凝膠、離子凝膠和離子導電彈性體等可伸縮離子導體的人工離子皮膚，受到了人們的廣泛關注，產生了一系列的溫度、壓力和應變傳感器。和許多生物問題一樣，皮膚也是自我修復和自我保護的。眾所周知，人類皮膚可以從傷口中自動愈合，恢復其機械和電子特性。更有趣的是，不像大多數的彈性材料，皮膚顯示了非線性的J-型應力應變力學響應(應變-加強)。
由于膠原是大分子蛋白質，其具有良好的理化性質和優良的生物學性能，被廣泛用于外科手術縫合線、止血材料、創傷敷料、人工皮膚、藥物控釋放載體、組織工程等領域。
3.硅橡膠
硅橡膠是一種以Si-O-Si為主鏈的直鏈狀高分子量的聚有機硅氧烷為基礎，添加某些特定組分，按照一定的工藝要求加工后，制成具有一定強度和伸長率的橡膠態彈性體。
TOC 基于反常熱膨脹聚合物網絡的柔性感知及交互系統
隨著生物傳感與人工智能及信息技術的集成，熱響應柔性感知材料與器件在面向國家戰略需求的航空航天和軍事工業，特別是近年來興起的電子皮膚、人工肌肉、可穿戴醫療、軟體機器人、混合現實等眾多民用消費電子領域應用前景廣闊。
高強度、高延展性的室溫自修復材料在國防軍工、電子皮膚、人工肌肉等領域具有廣泛的應用前景。現有研究大多通過動態鍵可逆交聯實現材料自修復，提高功能器件的可靠性和耐久性。
