新型电子皮肤：灵感来自警报水母，在受伤时会发光！
导读
最近，中国华中科技大学的研究人员开发出一种由警报水母启发的电子皮肤，如果给它施加的压力足以引发伤害，它就会发光。
背景
电子皮肤是一项非常热门的前沿创新技术，它模拟真实皮肤，轻薄且具有柔性和弹性，可以非常便捷地贴合于人体皮肤表面，感知人体生理信号例如血氧浓度、血液中的酒精浓度等，以及外界环境刺激例如压力、温度等，以实现人工的触觉感知能力。
电子皮肤应用领域广阔，例如医疗、机器人、人造假肢、可穿戴设备等。为了让增进大家对于电子皮肤的了解，先回顾一下笔者以往介绍过的几个有关电子皮肤的创新研究案例：
案例一：韩国大邱庆北科学技术院与美国科学家领导的国际科研团队开发出的新型电子皮肤微系统，可用于监测心率、呼吸、肌肉运动和其他健康数据，并可将数据无线发送至智能手机。相对于现有的健康追踪器，这种电子皮肤凭借“三维布局”带来了一些改进，例如柔性更好、尺寸更小。
（图片来源：大邱庆北科学技术院）
案例二：中国哈尔滨工业大学的研究人员研制出一种带有毛发的电子皮肤，这种具有毛发的电子皮肤能够捕捉到最轻微的风。
（图片来源：美国化学会）
案例三：沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的研究人员开发出一种智能线，可检测施加于其上的压力强度以及位置。他们通过由纳米技术：单壁碳纳米管 （SWCNTs），给棉线涂上一层奇特材料，从而能制造出这种智能线。这种智能线可编织进压敏的电子皮肤，用于机器人、医学假肢、可穿戴设备。
（图片来源：阿卜杜拉国王科技大学）
案例四：日本东京大学工学的科学家们开发出一种光电子皮肤，它具有耐用及可弯曲的特性，其厚度只有保鲜膜的四分之一，可以穿戴在皮肤上，用于显示血氧等级，开发人员也正在准备赋予它更多功能，例如检测情绪、压力、焦虑的等级。
（图片来源：东京大学）
案例五：美国斯坦福大学开发出的电子皮肤，为人造假肢和机器人带来触觉。这种柔韧的塑料皮肤由多层组成，其中一个压力传感器，另一个是印制电子电路。嵌入的感知层由小橡胶锥体阵列组成，每一个都充满了导电碳纳米管。当皮肤感受到压力，这些锥体会发生压缩，使其内部的纳米管向一起更加紧密的移动。
（图片来源：斯坦福大学）
在介绍过各种电子皮肤的案例后，让我们来思索电子皮肤技术中存在的一个缺陷即：电子皮肤中的传感器无法有效地回应有害的打击。
创新
最近，中国华中科技大学的研究人员，在发表于美国化学会（ACS）《应用材料与界面》（Applied Materials & Interfaces）杂志的论文中称，他们开发出一种由警报水母启发的电子皮肤，如果给它施加的压力足以引发伤害，它就会发光。
（图片来源：ACS）
这项研究受到了中国国家自然科学基金委员会、广东省前沿与关键技术创新专项基金、中央高校基本科研专项资金的资助。
技术
电子皮肤技术，几乎可以模拟所有生物学皮肤的灵敏度，灵敏度非常高，但是它只在比较狭窄的压力范围内起作用。如果在会引起伤害的高压力下，其灵敏度就会退化。为了解决这个问题，来自中国华中科技大学的 Bin Hu 及其同事们，从警报水母中汲取了灵感。
这种水母处于深海、会发光和感知环境压力的变化。当感知到危险存在时，它们会通过身体释放一连串醒目的光线，这样做就是为了引起更大、更可怕的掠食者的注意，从而使当前的掠食者放弃猎物而逃离。
（图片来源：维基百科）
这种视觉警报可以对于物理威胁作为反应，在这个创意的基础上，研究人员在电子皮肤中集成了电气和光学系统，让轻微和重度的压力都可以被检测出来。他们通过银纳米线，嵌入了两层有弹性的甲基矽氧烷（或者PDMS）薄膜。这些薄膜层制造出电气信号以响应轻微压力，例如那些与金属薄片轻微接触而引起的。PDMS 层含有荧光粉，像三明治一般位于银纳米线电极之间。这一层随着物理压力的增加而发生作用，并发出光线。
（图片来源：ACS）
价值
研究人员称，这种方案更接近于人类皮肤可以感知到的大范围的压力。这种电子皮肤的最大优点就在于，它可以有效回应过大的外界压力，在受到损伤时发出视觉警报。
参考资料
【1】https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2017/acs-presspac-november-1-2017/jellyfish-inspired-electronic-skin-glows-when-it-gets-hurt.html
【2】Yanli Zhang, Yunsheng Fang, Jia Li, Qihao Zhou, Yongjun Xiao, Kui Zhang, Beibei Luo, Jun Zhou, Bin Hu. Dual-Mode Electronic Skin with Integrated Tactile Sensing and Visualized Injury Warning. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017; 9 (42): 37493 DOI: 10.1021/acsami.7b13016
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