什么是電子皮膚

電子皮膚，一種可以讓機(jī)器人產(chǎn)生觸覺的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，可被加工成各種形狀，能像衣服一樣附著在設(shè)備表面，能夠讓機(jī)器人感知到物體的地點(diǎn)和方位以及硬度等信息。該項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于一種名為QCT的復(fù)合材料，由美國麻省理工學(xué)院的技術(shù)人員研發(fā)而成。其他類似發(fā)明還有日本和飛利浦公司研制的電子皮膚。

電子皮膚的應(yīng)用

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(xué)、生物等信號，將有助于開發(fā)新型人機(jī)接口、智能機(jī)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。

中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所一研究團(tuán)隊(duì)提出了一種柔性可拉伸擴(kuò)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(kuò)展到7種，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、紫外光、磁、應(yīng)變、壓力和接近等多種外界刺激的實(shí)時同步監(jiān)測。

研究人員通過微納加工技術(shù)，制備出大倍率（8倍及以上，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)）的聚酰亞胺（PI）拉伸結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，其中包括眾多傳感器節(jié)點(diǎn)和蜿蜒拉伸結(jié)構(gòu)。基于這種拉伸結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，多種傳感器能夠以二維分布式或三維疊層式結(jié)構(gòu)進(jìn)行多功能化集成，并且多種傳感單元可獨(dú)立工作而不互相影響。利用基底的可拉伸性能，可實(shí)現(xiàn)電子皮膚的探測面積擴(kuò)張，為其進(jìn)一步的功能擴(kuò)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。該研究將有助于開發(fā)新型人機(jī)接口、智能機(jī)器人、仿生假肢等智能化系統(tǒng)，多功能集成電子皮膚還可同步監(jiān)測周邊環(huán)境多種變量，用于人體健康監(jiān)測等領(lǐng)域。

電子皮膚未來

電子皮膚可以得到許多應(yīng)用，包括智能假肢設(shè)備、可穿戴健康監(jiān)視器和虛擬現(xiàn)實(shí)。制造這種電子皮膚的主要挑戰(zhàn)是將超薄的電路轉(zhuǎn)移到復(fù)雜的三維表面上，然后使電子設(shè)備能夠彎曲和伸展到允許運(yùn)動。

對此，一些科學(xué)家已經(jīng)為此開發(fā)了靈活的“電子紋身”，但是這種電子紋身的通常速度慢，價(jià)格昂貴，并且需要像光刻這樣的潔凈室制作。所以，有科學(xué)家又研發(fā)了一種更快速、更簡單、更廉價(jià)的方法，用集成微電子技術(shù)制作薄膜電路。

在這種新的方法中，研究人員用普通的臺式激光燈打印機(jī)在一張轉(zhuǎn)移紋身紙上畫了一個電路模板。然后，他們在模板上涂上銀糊，而銀膏只附著在印刷的墨粉油墨上。在銀膏的頂部，研究小組還沉積了嫁銦液態(tài)金屬合金，提高了電路的導(dǎo)電性和靈活性。

最后，他們在聚乙烯醇凝膠中加入了外部電子產(chǎn)品，如微芯片，并加入了一種由垂直排列的磁性粒子組成的導(dǎo)電膠。研究人員將電子紋身轉(zhuǎn)移到各種物體上，并展示了這種新方法的幾種應(yīng)用，例如控制機(jī)器人假肢手臂、監(jiān)測人體骨骼活動以及將臨近傳感器集成到手的三維模型中。

如果這種柔性電子皮膚能夠普及，那么無數(shù)有身體缺陷的殘疾人將是最大受益者，希望這種新技術(shù)能夠早日實(shí)現(xiàn)研發(fā)突破，并且量產(chǎn)投入市場，給有需要的人新的選擇。