电子皮肤的未来前景广阔

电子皮肤的未来前景广阔
KAUST研究人员开发了一种耐用的“电子皮肤”,可以模仿人类皮肤的自然功能,例如感测温度和触觉。

一种在强度、伸缩性和灵敏度上模仿人类皮肤的材料可用于实时收集生物数据。电子皮肤可能在下一代假肢、个性化医疗、软体机器人和人工智能中发挥重要作用。

理想的电子皮肤将模仿人类皮肤的许多自然功能,如准确和实时地感知温度和触摸,然而,要制造出合适的柔性电子器件,既能完成如此精细的任务,又能承受日常生活中的颠簸和刮擦,是一项挑战,所涉及的每一种材料都必须经过精心设计。

大多数电子皮肤都是通过附着于人体皮肤的弹性表面上分层放置活性纳米材料(传感器)而制成的。然而,这些层之间的连接往往太弱,这降低了材料的耐用性和灵敏度;或者,如果太强,灵活性就会受到限制,使其更容易开裂和破坏电路。

皮肤电子学一直在以惊人的速度转变,二维传感器的出现加速了将这些原子薄、机械强度高的材料集成到功能性、耐用的人造皮肤中的努力。

目前,KAUST大学研究团队已经创造出了一种耐用的电子皮肤,使用以二氧化硅纳米颗粒强化的水凝胶作为强韧而有弹性的基底,以二维碳化钛MXene作为传感层,用高导电性的纳米线结合在一起。

水凝胶70%以上都是水,因此与人体皮肤组织的相容性非常好。通过将水凝胶向各个方向预拉伸,涂抹一层纳米线,然后小心地控制其释放,研究人员创造了通向传感器层的导电通路,即使材料被拉伸到原来的28倍大小,也能保持完整。

他们的电子皮肤原型可以感知20厘米以外的物体,在不到十分之一秒的时间内对刺激做出反应,当作为压力传感器使用时,可以分辨出写在上面的字迹。在经历了5000次变形后,它仍然能很好地工作,每次都能在大约四分之一秒内恢复。电子皮肤在反复使用后仍能保持坚韧,这是一个惊人的成就,这模仿了人类皮肤的弹性和快速恢复能力。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

这种电子皮肤可以监测一系列生物信息,比如血压的变化,从动脉的振动到大肢体和关节的运动都可以检测到。然后,这些数据可以通过Wi-Fi共享并存储在云端。

电子皮肤广泛使用的另一个障碍是扩大高分辨率传感器的规模,然而,激光辅助增材制造提供了新希望。

研究人员认为这项技术将超越生物学。可拉伸的传感器带有朝一日可以监测无生命物体的结构健康,如家具和飞机。

这项研究报告在《科学进展》上

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