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科技前沿：一種發展前景廣闊的電子皮膚
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科技前沿：一種發展前景廣闊的電子皮膚
圖片來源：Pixabay
能夠模擬人類皮膚強度、延展性和敏感性的材料可以用來實時采集生物數據。電子皮膚將會在下一代修複學、個人醫療、軟體機器人和人工智能技術中發揮重要作用。
KAUST的博士後Yichen Cai說，“理想的電子皮膚可以模擬人類皮膚的許多功能，包括精確實時地感受溫度和觸摸。”不過，製造出既能承受日常生活中的磕碰，同時又足夠靈活能夠實現這些精密功能的電子元件很有挑戰性，必須精心設計其中用到的每一種材料。
大多數電子皮膚將活性納米材料(傳感器)層布置在附著於人類皮膚的可拉伸表麵上。不過層與層之間的連接往往過於脆弱，降低了其耐久性和靈敏度；但如果(將層與層之間的連接做得)太強，電子皮膚則容易折斷，其靈活性大打折扣。
圖片來源：Pixabay
Cai表示，“電子皮膚的應用前景一直在以驚人的速度變化。原子尺度的厚度、具有強韌機械性能的2維傳感器的出現，加速了整合形成實用且耐用的人造皮膚中的進程。”
Cai和其同事Jie Shen領導的團隊將一種用矽納米顆粒增強的水凝膠用作強健而有彈性的基材，同時以一種2維碳化鈦MXene作為傳感層，通過導電性極強的納米線將二者聯通，製造出一種耐用的電子皮膚。
Shen解釋道，“水凝膠中含有超過70%的水，非常適合用來模擬人類皮膚。”研究人員首先沿各個方向拉伸水凝膠，接著鋪上一層納米導線，隨後小心地控製水凝膠的釋放，“開辟”出聯通傳感器層的導電通道，這條通道在材料被拉伸至原始尺寸的28倍後仍能保持完好。
他們製造的電子皮膚樣本可以監測到20厘米外的物體，並在不足十分之一秒內響應外界刺激；在用作壓力傳感器時，可以分辨出上麵的筆跡。另外，在經曆5,000次變形後仍能正常工作，且每次從變形中恢複的時間低於1/4秒。Shen表示，“電子皮膚在重複使用後仍能保持延展性是一項巨大的進步，這裏模仿了人類皮膚的彈性和快速恢複的特性。”
圖片來源：Pixabay
團隊領導人Vincent Tung補充道，“這種電子皮膚得以廣泛使用的一大難題是量產高精度傳感器；不過，激光輔助增材製造提供了新的前景。”
Cai又補充道，“我們可以設想將這一技術用於生物以外的領域：有朝一日可以用可拉伸傳感器陣列來監測包括家具和飛行器在內的無生命物體的結構壽命。”
翻譯：張宇哲
審校：董子晨曦
文章來源：King Abdullah University of Science and Technology
原文鏈接：https://techxplore.com/news/2020-11-electronic-skin-strong-future.html
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圖片來源：Pixabay
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KAUST的博士後Yichen Cai說，“理想的電子皮膚可以模擬人類皮膚的許多功能，包括精確實時地感受溫度和觸摸。”不過，製造出既能承受日常生活中的磕碰，同時又足夠靈活能夠實現這些精密功能的電子元件很有挑戰性，必須精心設計其中用到的每一種材料。
大多數電子皮膚將活性納米材料(傳感器)層布置在附著於人類皮膚的可拉伸表麵上。不過層與層之間的連接往往過於脆弱，降低了其耐久性和靈敏度；但如果(將層與層之間的連接做得)太強，電子皮膚則容易折斷，其靈活性大打折扣。
圖片來源：Pixabay
Cai表示，“電子皮膚的應用前景一直在以驚人的速度變化。原子尺度的厚度、具有強韌機械性能的2維傳感器的出現，加速了整合形成實用且耐用的人造皮膚中的進程。”
Cai和其同事Jie Shen領導的團隊將一種用矽納米顆粒增強的水凝膠用作強健而有彈性的基材，同時以一種2維碳化鈦MXene作為傳感層，通過導電性極強的納米線將二者聯通，製造出一種耐用的電子皮膚。
Shen解釋道，“水凝膠中含有超過70%的水，非常適合用來模擬人類皮膚。”研究人員首先沿各個方向拉伸水凝膠，接著鋪上一層納米導線，隨後小心地控製水凝膠的釋放，“開辟”出聯通傳感器層的導電通道，這條通道在材料被拉伸至原始尺寸的28倍後仍能保持完好。
他們製造的電子皮膚樣本可以監測到20厘米外的物體，並在不足十分之一秒內響應外界刺激；在用作壓力傳感器時，可以分辨出上麵的筆跡。另外，在經曆5,000次變形後仍能正常工作，且每次從變形中恢複的時間低於1/4秒。Shen表示，“電子皮膚在重複使用後仍能保持延展性是一項巨大的進步，這裏模仿了人類皮膚的彈性和快速恢複的特性。”
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團隊領導人Vincent Tung補充道，“這種電子皮膚得以廣泛使用的一大難題是量產高精度傳感器；不過，激光輔助增材製造提供了新的前景。”
Cai又補充道，“我們可以設想將這一技術用於生物以外的領域：有朝一日可以用可拉伸傳感器陣列來監測包括家具和飛行器在內的無生命物體的結構壽命。”
翻譯：張宇哲
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文章來源：King Abdullah University of Science and Technology
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