電子皮膚的案例
全球柔性電子皮膚進展梳理 它離真正的人體皮膚還有多遠？
皮膚是人體最大的器官，在人類與外部環(huán)境的交互中起著重要作用。電子皮膚最初出現(xiàn)在大眾的視野中是科幻作品，比如《星球大戰(zhàn)》的假手和《終結者》中的機器人。使用電子設備重建皮膚的特性在醫(yī)療、機器人、人造假肢、可穿戴設備等諸多領域，都有著很好的應用前景。尤其是能夠無縫粘附到人體皮膚或體內的電子皮膚，對于諸如健康監(jiān)測[1]，醫(yī)學治療[2]，醫(yī)療植入物[3]和生物學研究[4]，和人機界面的技術及軟機器人和增強現(xiàn)實[5]等方面意義巨大。本文從柔性電子皮膚的基本原理、發(fā)展現(xiàn)狀以及簡單的展望三個方面對該領域進行闡述，希望讀者能通過本文對該領域有一個基礎的了解。
一、電子皮膚的理論基礎
人體皮膚上的電子器件通常包括但不限于兩種類型的組件：用于人類交互的輸入/輸出設備（輸入可以是例如傳感器元件；輸出可以是顯示器），以及用于人體交互的電子電路。采用不同的傳導方法將外部的刺激轉化為電信號是電子皮膚研究的基本理論基礎. 常見的方法有電阻式、電容式和壓電式傳感技術.
電阻式壓覺傳感器主要是通過所加載的力來改變導電材料之間的接觸電阻和導電復合材料中的電路傳導路徑來達到檢測力的目的，柔性的電阻式傳感器單元通常選用硅橡膠以及柔性聚合物材料等作為柔性基體。電容式壓力傳感器主要采用傳統(tǒng)的三層結構, 上層、中間層和下層。上層復合驅動電極, 底層復合感應電極，中間層一般使用超彈材料。當在平行板電容的表層加載力時, 會引起感應電極和驅動電極之間的極板面積和距離發(fā)生變化, 通過電容的變化, 達到檢測的目的。壓電式傳感器是基于正壓電效應的傳感器.
展開 具有感應功能的皮革用于多功能電子皮膚
【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(jīng)網(wǎng)絡來感知環(huán)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(zhàn)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(xiàn)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(fā)出能夠模仿甚至超越人類皮膚的電子皮膚對于醫(yī)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)天然材料，同時擁有皮膚的復雜結構。通過傳統(tǒng)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(fā)。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(yōu)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(yè)大學的黃維院士、南京工業(yè)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 具有感應功能的改性皮革用于多功能電子皮膚
【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(jīng)網(wǎng)絡來感知環(huán)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(zhàn)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(xiàn)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(fā)出能夠模仿甚至超越人類皮膚的電子皮膚對于醫(yī)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(tǒng)的脆性材料轉化為高度柔韌、可拉伸和可表現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)天然材料，同時擁有皮膚的復雜結構。雖然傳統(tǒng)皮革的感知能力處于剝離狀態(tài)，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(yōu)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(yè)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 新型電子皮膚：具有超強的拉伸、感知和自愈能力！
導讀
近日，沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的科研人員開發(fā)出一種導電的水凝膠，它使得電子皮膚的拉伸能力、自愈能力和應變靈敏度，達到了新的極限。
背景
電子皮膚（Electronic skin），是時下非常熱門的前沿科技領域之一。簡單說，電子皮膚是由輕薄、可彎曲、可拉伸、有彈性的材料制成的柔性電子器件，是傳感器技術、微機電技術、新材料技術等多項技術相互融合的成果。
電子皮膚可以模仿人類皮膚保護、感知、自愈等功能，在醫(yī)療、機器人、人造假肢、可穿戴設備等諸多領域，都有著很好的應用前景。
例如，它可以非常便捷地貼合于人體皮膚表面，感知人體生理信號（血氧濃度、血液中的酒精濃度等）以及外界環(huán)境刺激（壓力、溫度等）。此外，它還可以做成幫助傷口愈合的生物可降解貼片、可穿戴電子設備、對于觸摸敏感的機器人裝置等等。
之前，筆者介紹過許多有關電子皮膚的科研創(chuàng)新案例，今天從中精心挑選出三個經(jīng)典的案例，使大家對于電子皮膚有一個直觀的認識和初步的了解。
1）美國科羅拉多大學波爾得分校研究人員開發(fā)出一種新型“電子皮膚”，它具有延展性，可自我修復，可完全回收。
（圖片來源：Jianliang Xiao / 科羅拉多大學波爾得分校）
2）美國斯坦福大學研究人員開發(fā)出的電子皮膚，讓人造假肢和機器人具有觸覺感知能力。
（圖片來源：斯坦福大學）
3）中國哈爾濱工業(yè)大學的研究人員研制出一種帶有毛發(fā)的電子皮膚，它可以捕捉到最輕微的風。
（圖片來源：美國化學會）
創(chuàng)新
今天，讓我們再來關注一項有關電子皮膚的科研創(chuàng)新成果。近日，沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的科研人員開發(fā)出一種導電的水凝膠，它使得電子皮膚的拉伸能力、自愈能力和應變靈敏度，達到了新的極限。
展開 
Nature子刊：可拉伸擴展的多功能集成電子皮膚！
人體皮膚是活躍、敏感和高彈性的感覺器官，承擔著保護身體、排汗、溫度調節(jié)、感知冷熱和壓力等功能。人體軀體感覺系統(tǒng)能夠通過皮膚中的觸覺、溫度、痛覺等感受器，將外界環(huán)境刺激轉化為電脈沖信號，經(jīng)過神經(jīng)通路傳導至神經(jīng)中樞，從而使皮膚獲得觸覺、痛覺等感覺功能。基于皮膚這種多功能生物模型，科學家們開展了一門新興學科研究——觸感電子學（俗稱“電子皮膚”，Electronic skin, E-skin），用來模仿皮膚的感覺功能如觸覺、溫度感知等功能。
目前，電子皮膚在柔性或彈性基底上制作具備探測壓力、溫度或其他刺激的傳感器及陣列，可感知周圍環(huán)境中的各種物理、化學、生物等信號，將有助于開發(fā)新型人機接口、智能機器人、仿生假肢等智能化系統(tǒng)。此外，電子皮膚的重要發(fā)展趨勢是多功能化與多重刺激同步監(jiān)測。
近日，在中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員潘曹峰、中科院外籍院士王中林的指導下，潘曹峰課題組博士化麒麟、副研究員鮑容容等提出了一種柔性可拉伸擴展的多功能集成傳感器陣列，成功將電子皮膚的探測能力擴展到7種，實現(xiàn)溫度、濕度、紫外光、磁、應變、壓力和接近等多種外界刺激的實時同步監(jiān)測。
研究人員通過微納加工技術，制備出大倍率（8倍及以上，可根據(jù)需要設計）的聚酰亞胺（PI）拉伸結構網(wǎng)絡，其中包括眾多傳感器節(jié)點和蜿蜒拉伸結構。基于這種拉伸結構網(wǎng)絡，多種傳感器能夠以二維分布式或三維疊層式結構進行多功能化集成，并且多種傳感單元可獨立工作而不互相影響。
利用基底的可拉伸性能，可實現(xiàn)電子皮膚的探測面積擴張，為其進一步的功能擴展提供了便利。此外，研究人員利用這種電子皮膚制造出一種具有定制化功能集成的智能假肢，既賦予了假肢觸覺功能，也使假肢具備了溫度感知的能力。
展開 南科大郭傳飛課題組：仿生電子皮膚研究取得重要進展
近期，南方科技大學材料科學與工程系副教授郭傳飛課題組在仿生微結構柔性電子皮膚領域取得重要進展，研究成果發(fā)布在《Advanced Functional Materials》、《Small》、《Advanced Electronic Materials》等國際期刊上。
郭傳飛課題組的主要研究方向是基于薄膜材料的微納米加工方法、柔性透明電極的制備、納米結構薄膜的生長，以及這些材料在新型光電子學、生物醫(yī)學和納米能源領域的應用。
郭傳飛
觸覺是生物體表感受器受壓力或牽引力作用而引起的，它是生物體從外界環(huán)境獲得信息的重要手段之一。電子皮膚的研究具有重要意義。例如：穿戴假肢可以幫助肢體殘疾人士實現(xiàn)某些操作需求，但市場上的產(chǎn)品尚不具備觸覺功能，因此假肢也無法幫助他們實現(xiàn)感知。柔性觸覺傳感器（電子皮膚）是一種將觸覺信號轉換電信號的電子器件，在可穿戴電子設備、健康監(jiān)測、運動監(jiān)測、智能假肢、人機交互、以及人工智能等領域有著巨大的應用前景。研究已經(jīng)證明微結構能有效提高柔性觸覺傳感器的性能，例如微金字塔、微柱結構、微球等已經(jīng)被用于制備超靈敏的柔性觸覺傳感器。然而這些微結構通常通過傳統(tǒng)的光刻技術、化學刻蝕方法，制備過程復雜、耗時、價格昂貴。制備低成本、簡易、高性能的柔性觸覺傳感器成為當前的一大挑戰(zhàn)。
為了降低制備成本、提高器件傳感性能，郭傳飛課題組從荷葉的超疏水性來源于其表面的微納米結構中受到啟發(fā)，用自然材料作為模板來制備表面微結構。取大自然中的植物作為原始模板、復寫出植物表面的微結構并噴涂柔性銀納米線電極，構建電容型觸覺傳感器（Adv. Electron.
展開 可拉伸的紗線嵌入式摩擦納米發(fā)電機作為電子皮膚用于生物力學能量采集和多功能壓力傳感
【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(fā)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(tài)且不規(guī)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(jīng)被成功開發(fā)出來，能夠測量人類活動所產(chǎn)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(fā)電機是一種能夠實現(xiàn)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(chǎn)品、個性化醫(yī)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(fā)了一種簡單、低成本的方法制備可拉伸的摩擦納米發(fā)電機的方法，其可以用作多功能電子皮膚，并實現(xiàn)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(xù)的“鏈式”柵欄狀交錯的導電網(wǎng)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(yōu)異的機械穩(wěn)定性。研究表明，該摩擦納米發(fā)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(jiān)測人的諸如動脈脈沖和聲音振動等生理信號。
展開 斯坦福鮑哲南團隊Nature子刊重磅突破：電子皮膚從此不怕傷害
【引言】
模仿人類皮膚的柔軟且可變形的電子器件適用于下一代可穿戴電產(chǎn)品，假肢人造皮膚和基于高性能材料的植入式醫(yī)療設備等領域，具有巨大的實用價值并將深深地改變人們的生活方式。而制造具有人類皮膚自愈合特性的柔性電子器件極具挑戰(zhàn)性。為了模仿人體皮膚的修復性而開發(fā)的可自修復的材料有可能使可拉伸電子設備薄而柔軟的結構在偶然的機械損傷中變得非常穩(wěn)健，并且可以防止器件遭到永久性損壞。盡管自粘材料的開發(fā)取得了重大進展，但自主自愈合可拉伸電極及其與多功能電子系統(tǒng)的集成尚未實現(xiàn)。這主要是由于設備制造方面的挑戰(zhàn)以及缺乏將各個可自行修復的電子模塊大規(guī)模集成到系統(tǒng)中。
此前，Dickey等人通過印刷在自修復聚合物上的可重新配置的液態(tài)金屬電極，證明了自修復材料的優(yōu)勢。鮑哲南教授團隊之前報道了由液態(tài)金屬和堅韌，可拉伸和可自行修復的聚合物制成的可拉伸的可自修復電子皮膚。然而，即使液態(tài)金屬作為互連電極工作良好，它也不適用于有源電子元件如顯示器和生理傳感器的電極。另一方面，一維（1D）金屬納米線和碳納米管（CNT）已用于自愈合電極。由于這種納米結構無法恢復其原始連接性，它們在愈合后未被證明是可拉伸的。在超分子化學領域，已經(jīng)確定溶液中的自組裝結構可以動態(tài)地“重建”為熱力學穩(wěn)定狀態(tài)。此外，動態(tài)自愈過程受溶劑蒸氣和溫度的影響很大。然而，這種現(xiàn)象尚未與宏觀變化聯(lián)系在一起。
【成果簡介】
2018年8月20日，美國斯坦福大學的鮑哲南教授（通訊作者）與Donghee Son、Jiheong Kang和Orestis Vardoulis（共同第一作者）在國際頂級綜合性期刊Nat.
展開 用于電子皮膚熱管理的超薄、柔性、輻射式冷卻界面
來源 | Science Advances
原文 | https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg1837
01
背景介紹
隨著柔性材料和加工技術的發(fā)展，柔性電子皮膚被視為下一代可穿戴電子設備的“新載體”。運用柔性電子設備結合無線通信技術可以提高信號采集的準確性和多樣性，在臨床檢測和精準醫(yī)療中有巨大應用潛力。
然而，柔性電路工作時會產(chǎn)生并積累焦耳熱，導致人體佩戴不舒適甚至面臨皮膚燒傷的風險。此外，戶外溫度、光線以及對流效應同樣會對柔性傳感系統(tǒng)的信號采集造成干擾。因此，開發(fā)可以與柔性電子設備良好結合的柔性材料，實現(xiàn)器件散熱、抗環(huán)境干擾等功能成為目前國際學界及工業(yè)界關注的前沿課題。現(xiàn)有的熱管理技術主要以基于熱傳導和熱對流的方式進行散熱，但是這些散熱模塊因為自身體積、重量以及剛性等限制而不適用于可穿戴柔性電子設備中。
02
成果掠影
香港城市大學于欣格/雷黨愿團隊開發(fā)了一種通用的熱管理策略，通過使用超薄、柔軟的輻射冷卻界面（USRI），該界面允許通過輻射和非輻射傳熱來冷卻皮膚電子設備中的溫度，從而實現(xiàn)大于56°C的溫度降低。USRI的輕質和固有的柔性使其能夠用作適形密封層，因此可以很容易地與皮膚電子設備集成。從而可以演示包括柔性電路的焦耳熱被動冷卻，提高表皮電子器件的工作效率，以及穩(wěn)定皮膚界面無線光電體積描記傳感器的性能輸出。這些結果為在先進的皮膚界面電子設備中實現(xiàn)有效的熱管理提供了一條替代途徑，用于多功能和無線操作的醫(yī)療保健監(jiān)測。
展開 清華任天令團隊研制出超靈敏石墨烯電子皮膚，更舒適、更美觀、更可靠！
7月24日微納電子系任天令教授團隊在納米領域著名期刊《美國化學學會納米》（ACS Nano）上發(fā)表了題為《多層石墨烯表皮電子皮膚》(“Multilayer Graphene Epidermal Electronic Skin”)的研究論文。該器件實現(xiàn)了可定制的石墨烯電子紋身，具有極高的靈敏度，可以直接貼覆在皮膚上用于探測呼吸、心率、發(fā)聲等多重功能，未來在運動監(jiān)測、睡眠監(jiān)測、生物醫(yī)療等方面具有重大應用前景。
圖1. 貼覆于人體與物體表面的定制化石墨烯紋身
電子皮膚是一種重要的生物醫(yī)學傳感器，要求器件擁有好的柔韌性和可伸縮性、高靈敏度、好的貼合度和舒適度。石墨烯由于其出色的導電性和柔韌性，是電子皮膚的理想材料。但是將石墨烯更加舒適、美觀、穩(wěn)定、可靠地貼合在皮膚表面，從而采集各種生理信號仍然是一個亟待解決的問題。
任天令教授團隊基于激光還原石墨烯，將石墨烯與紋身相結合，模仿了電子皮膚的功能。可以通過電阻變化對皮膚表面的微小形變進行監(jiān)測。在圖形化的過程中，團隊在國際上首創(chuàng)了濕法剝離氧化石墨烯的新工藝，去除石墨烯氧化物，只留存石墨烯，使得器件更加美觀，靈敏度更高，耐受更高的溫度。
該項技術采用水轉工藝，襯底超薄，沒有穿戴不適感。此外，由于激光直寫可編程的優(yōu)勢，石墨烯的圖案可以進行個性化設計。除了測量皮膚表面的拉伸與壓縮，這種石墨烯的紋身還可以利用犧牲層工藝轉移到多種襯底上，例如樹葉，絲綢等等。通過貼附在口罩、手腕、喉嚨、人中等多個位置分別實現(xiàn)對呼吸，心跳，語音等人體信號的測量。測試者佩戴時并不會影響正常活動。器件在睡眠呼吸、語音等多方面的應用潛力，未來如果普及可以讓人們隨時隨地了解自己身體狀況。
圖2.
展開 《Biomaterials》陜科大劉新華/王學川、川大郭俊凌：受皮膚啟發(fā)柔性生物電子明膠水凝膠，用于促進傷口愈合和運動傳感
除了有效重建和修復皮膚外，
下一代組織工程皮膚支架有望通過電刺激提供感覺恢復
。結合損傷運動活動的實時監(jiān)測，可以通過提供詳細的數(shù)據(jù)指導臨床實踐，從根本上提高治療效果。最近，
一種機械柔性、電活性和自修復水凝膠
(MESGel) 被設計用于電刺激加速傷口愈合和運動傳感的組合功能。
MESGel 具有出色的生物相容性和多功能治療特性，包括柔韌性、自愈特性、生物降解性和生物電活性。
圖
1. 多功能 MESGel 水凝膠的制備和應用示意圖。
(A)MESGel 的合成過程。(B)電刺激促進傷口愈合。(C)用于傷口愈合的 MESGel 生物傳感器的實時監(jiān)測和反饋。
此外，MESGel 顯示了其作為記錄損傷運動活動的新型柔性電子皮膚傳感器的潛力。全面的體外和體內實驗證明，
MESGel 可以促進有效的電刺激
，積極促進中國倉鼠肺上皮細胞的增殖，因此可以在皮膚傷口愈合過程中加速有利的上皮生物學
，證明了全層皮膚缺損模型的有效治療策略并導致新型柔性生物電子學。
相關論文以題為Skin-inspired gelatin-based flexible bio-electronic hydrogel for wound healing promotion and motion sensing發(fā)表在《
Biomaterials
》上。
通訊作者
是
陜西科技大學
劉新華
博士
，
王學川
教授
，以及
四川大學
郭俊凌教授
。
展開 
智能傳感器各有所長
電子皮膚傳感器
日本東京大學的研究人員也不甘落后，新研發(fā)出一款用于醫(yī)療領域的超薄電子皮膚傳感器。電子皮膚中嵌入了一個微型LED陣列，可以顯示數(shù)字、符號和簡單的動畫。它首先使用納米電極測量穿戴者心電圖等情況，再實時顯示在LED屏上。只要在電子皮膚的貼合面噴點水，溶解其中的聚乙烯醇(PVA)水溶性聚合物，就能讓電子皮膚緊貼在身上。以前的電子皮膚透氣性極差，容易引起佩戴者皮膚的不適，甚至發(fā)炎，而這款新型的電子皮膚由薄而柔軟的材質制成，透氣性極強，還可以自由變形，可以連續(xù)佩戴一周且不會引起任何不適。
若是一個會動的屏幕“長在”人身體上可見的地方，大家肯定會忍不住多看兩眼，身邊的人也可以通過它了解佩戴者的身體狀況。因此，這款電子皮膚傳感器或許能成一種針對老年人或家庭的健康監(jiān)測系統(tǒng)，一旦佩戴者的身體出現(xiàn)異常，傳感器會及時將情況反映在屏幕上。研究人員表示，未來還將在傳感器中加入無線通訊設備，病人的各項數(shù)據(jù)可以上傳到云端，待病人出院回家后，醫(yī)生仍然可以用電腦或手機遠程監(jiān)控病人的身體狀況，遇到問題就能及時采取應對措施。這款令人滿心期待的電子皮膚傳感器相信再過不久就能大規(guī)模投入使用，它將大大提高人類的生活質量。
創(chuàng)新永不止步
諸如此類的傳感器還有許多，有些和它們一樣正處在開發(fā)階段，還有些早已經(jīng)投入使用，例如用于環(huán)境監(jiān)測的PM2.5傳感器、用于機器人自動導航的超聲波傳感器等。隨著無線傳感器網(wǎng)絡的深入研究和廣泛應用，傳感器應用已經(jīng)逐漸滲入到人類生活的各個領域且受到業(yè)內人士的高度重視。
目前，在醫(yī)療護理、環(huán)境監(jiān)測、可穿戴設備、汽車電子產(chǎn)品等領域，各種傳感器的的開發(fā)已蔚然成風，傳感器的市場需求可以說是有增無減，各國科學家們也在相互奮力追趕，不斷創(chuàng)新和完善傳感器功能。
展開 ：具有阻燃報警功能的蠶絲納米纖維基離子導體皮膚
此外，可將所制備的電子皮膚集成于機器人手部，在遇到火情刺激時激發(fā)機器人的自我保護機制，使其做出撤手等一系列規(guī)避危險的動作（圖4e-f）。
圖4 (a)所制備的材料的阻燃性能；(b)材料遇火時的電阻信號響應；(c-d)電子皮膚的阻燃及預警概念及實現(xiàn)；（e-f）絲蛋白電子皮膚應用于機器手的趨利性自我保護動作激發(fā)
簡而言之，該研究采用了一種快速高效的納米纖維離子導體制備方法，結合電子信號分析處理系統(tǒng)設計，制備了貼敷型的阻燃預警多功能電子皮膚，為多功能電子皮膚的設計提供了新的思路。
上海科技大學物質學院博士后曹雷濤與2019級碩士研究生劉強為本文第一作者；通訊作者為上海科技大學物質學院凌盛杰研究員、塔夫茨大學（Tufts University）大學David L. Kaplan教授及東北林業(yè)大學陳文帥教授。上海科技大學為第一完成單位。該研究得到了國家自然科學基金、中國科學院合肥大科學中心“高端用戶培育基金”、上海科技大學啟動資金、博士后面上基金、纖維改性國家重點實驗室開放課題等基金的資助。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102500
展開 PCB | KAIST開發(fā)出可伸縮性基板：可根據(jù)產(chǎn)品形態(tài)縮小尺寸或拉伸
利用自制觸覺傳感器(壓力傳感器、拉伸傳感器)，還制作了能夠收集用戶健康信息的電子皮膚。這種電子皮膚也可以用作監(jiān)測用戶脈搏和關節(jié)運動的新一代醫(yī)療保健設備。
主導本次研究的KAIST教授Steve Park表示：“為了未來伸縮性電子裝置的商業(yè)化，確保設備暴露在嚴酷條件下的高耐用性非常重要。該技術對于制作各種可變形具有高耐久性的伸縮性電子裝置將提供極大的幫助。“
另外，此次研究結果刊登在國際學術期刊“Science Advances”上。
伸縮性電子裝置的大摩天輪形狀Island設計與特性評估
利用大摩天輪形狀Island的伸縮性顯示和電池Pack，可收集觸覺信息的電子皮膚
- END -
展開 新型3D打印技術：將電子器件和細胞直接打印到皮膚上！
這種打印機可以利用標記，追蹤手的運動，根據(jù)手的運動和外型進行實時調整，所以打印的電子器件能夠保持住電路形狀。”
另外一項獨特的3D打印技術功能，就是采用由銀片制成的特制墨水。銀片可以在室溫下加工并導電。這不同于其他的3D打印墨水，它們需要在高溫下加工（高達100攝氏度或者212華氏度），會燒傷手部。
移除電子器件的辦法很簡單，只需要采用鑷子剝掉它們或者用水沖洗。
價值
（圖片來源：明尼蘇達大學）
Michael McAlpine 表示：“我們對于這種新型3D打印技術的潛力感到非常興奮，它采用便攜式、輕量、成本低于400美元的3D打印機。我們可以想象，一個士兵可以從背包中拿出這個打印機，將化學傳感器或者他們需要的其他電子產(chǎn)品直接打印到皮膚上。它就像一把未來的‘瑞士君刀’，他們所需要的所有東西都可以通過一個便攜式3D打印機工具實現(xiàn)。”
除了電子器件，這種新型3D打印技術也為其他許多應用鋪平了道路，包括給皮膚病患者打印細胞。McAlpine 的團隊與明尼蘇達大學治療罕見皮膚病的專家 Dean Jakub Tolar 展開合作，成功地采用一種生物墨水，在老鼠皮膚傷口上打印細胞，這將為皮膚病患者帶來更加先進的治療方法。
McAlpine 表示：“在皮膚上直接打印電子器件或者細胞的想法非常吸引我。這是一個如此簡單的想法，但是為未來許多重要應用來說具有無限的潛力。”
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