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阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的研究人员研发出一种耐用的“电子皮肤”，它能够模拟人类皮肤的功能，比如感受温度和抚摸。
（图片来源：©2020 KAUST）
能够模拟人类皮肤强度、延展性和敏感性的材料可以用来实时采集生物数据。电子皮肤将会在下一代修复学、个人医疗、软体机器人和人工智能技术中发挥重要作用。
KAUST的博士后Yichen Cai说：“理想的电子皮肤可以模拟人类皮肤的许多功能，包括精确实时地感受温度和触摸。”不过，制造出既能承受日常生活中的磕碰，同时又灵活到能够实现这些精密功能的电子元件很有挑战性，必须精心设计其中用到的每一种材料。
大多数电子皮肤将活性纳米材料（传感器）层布置在附着于人类皮肤的可拉伸表面上。不过层与层之间的连接往往过于脆弱，降低了其耐久性和灵敏度；但如果（将层与层之间的连接做得）太强，电子皮肤则容易折断，其灵活性大打折扣。
Cai表示，“电子皮肤的应用前景一直在以惊人的速度变化。原子尺度的厚度、具有强韧机械性能的2维传感器的出现，加速了整合形成实用且耐用的人造皮肤中的进程。”
Cai和其同事Jie Shen领导的团队将一种用硅纳米颗粒增强的水凝胶用作强健而有弹性的基材，同时以一种2维碳化钛MXene作为传感层，通过导电性极强的纳米线将二者联通，制造出一种耐用的电子皮肤。
KAUST利用一种由硅纳米颗粒增强的水凝胶作为强健且可拉伸的基材，制造出的耐用的电子皮肤。 （图片来源：©2020 KAUST）
Shen解释道，“水凝胶中含有超过70%的水，非常适合用来模拟人类皮肤。”研究人员首先沿各个方向拉伸水凝胶，接着铺上一层纳米导线，随后小心地控制水凝胶的释放，“开辟”出联通传感器层的导电通道，这条通道在材料被拉伸至原始尺寸的28倍后仍能保持完好。
他们制造的电子皮肤样本可以监测到20厘米外的物体，并在不足十分之一秒内响应外界刺激；在用作压力传感器时，可以分辨出上面的笔迹。另外，在经历5,000次变形后仍能正常工作，且每次从变形中恢复的时间低于1/4秒。Shen表示，“电子皮肤在重复使用后仍能保持延展性是一项巨大的进步，这里模仿了人类皮肤的弹性和快速恢复的特性。”
这种电子皮肤可以检测一系列生物信息，比如从动脉的变化和四肢关节的运动中检测血压的变化。检测到的数据随后可以通过Wi-Fi上传并存储在云端。
团队领导人Vincent Tung补充道，“这种电子皮肤得以广泛使用的一大难题是量产高精度传感器；不过，激光辅助增材制造提供了新的前景。”
Cai又补充道，“我们可以设想将这一技术用于生物以外的领域：有朝一日可以用可拉伸传感器阵列来监测包括家具和飞行器在内的无生命物体的结构寿命。”
（图片来源：MichaelGaida/Pixabay）
翻译：张宇哲
审校：董子晨曦
引进来源：阿卜杜拉国王科技大学
引进链接：https://techxplore.com/news/2020-11-electronic-skin-strong-future.html
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