新加坡国立大学开发具有自愈功能的防水电子皮肤,透明且灵敏

3月18日报道,新加坡国立大学(NUS)的研究人员受水母等水下无脊椎动物启发,开发了具有自愈功能的防水电子皮肤。与水母类似,该电子皮肤透明、可伸缩且反馈灵敏。该电子皮肤有望用于防水触摸屏和水下柔性机器人等领域。NUS材料科学与工程助理教授Benjamin Tee的团队和来自清华大学、加州大学河滨分校等的研究人员共同完成了这项研究,相关成果刊发于《自然·电子学》杂志。


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Tee长期从事电子皮肤的研究工作,并在2012年参与了首款自修复电子皮肤传感器的开发。丰富的研究经验使其对自修复电子皮肤存在的关键问题有独到的见解。他说:“目前,自修复材料面临的关键挑战包括:材料不透明,潮湿条件下无法正常工作。这些缺点使材料的应用受到极大限制。为了找到解决方案,我们开始研究水母这种生物——它是透明的,并且能够感知潮湿的环境。因此,我们认为水母仿生材料可能是解决问题的答案。”Tee等成功研制了一种主要由氟碳聚合物和氟离子液体组成的凝胶。当两者结合时,聚合物网络可通过高度可逆的离子-偶极子相互作用产生自修复效果。在阐述这种材料的优点时,Tee谈到:“大多数导电聚合物凝胶(如水凝胶)在水中会膨胀,或者在空气中会变干。我们开发的材料在干燥和潮湿条件下都能保持形态,甚至在海水和酸/碱性环境中它也能维持稳定。”


研究人员将新材料打印到电路中得到了自修复电子皮肤。电子皮肤的电性能在受到触摸、挤压或者拉伸作用时会发生变化。Tee说:“我们可以量化这种变化,并将其转换为可读电信号,进而创造出大量的传感器应用程序。”


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自修复电子皮肤的另一个显著优点在于可以减少资源浪费。Tee说:“全球每年因坏掉的手机或平板电脑会产生数百万吨的电子垃圾。如果电子设备是由可以自我修复的智能材料制造的,那么未来世界的电子垃圾数量可大幅减少。”接下来,Tee的团队将继续探索新材料在新型光电子设备中的应用前景。


电子皮肤,一种可以让机器人产生触觉的系统,其结构简单,可被加工成各种形状,能像衣服一样附着在设备表面,能够让机器人感知到物体的地点和方位以及硬度等信息。该项技术关键点在于一种名为QCT的复合材料,由美国麻省理工学院的技术人员研发而成。其他类似发明还有日本和飞利浦公司研制的电子皮肤。电子皮肤模拟、还原甚至取代机体皮肤,首先要具备感觉和触觉,即与人体皮肤一样感知不同外界压力,畅通传导触觉信号的最基本功能。


现在有了虚拟技术的支持,跟踪运动分析技术和摄像头检测技术的不断延伸,医学界最新药物的进展下,各种技术的融合发展,电子皮肤有了可以自愈的能力。佩戴了电子皮肤可以感受到气流的变化,温度的变化,气压大小的变化,压力测试也会时刻反应,内部的磁铁可以根据外界的磁场调节,来达到现实与虚拟现实的互动平衡。


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德国科学家和美国的科学家都先后研究了这样最新的进展,不仅仅依靠传感就能够完成一项新的医学进展。它仅是一个很薄的薄膜材料,就可以完成很多你想不到的功能,最新的材料时可以满足操作的需要,为那些截肢的人提供了一个便捷的保护和便利。因为你可以通过传感来进行信息的互换,人与材料的完美配合。只是最好的材料的使用寿命和各项使用数据都在测试,有没有达到用户最大的产品体验。最后使用在什么领域内呢?这些疑问相信会在以后的科研论作中发表的。


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