新型超靈敏“電子皮膚”

2025-12-07 科普小知識皮膚傳感器蔡宜辰音譯

電子皮膚可以感知20厘米范圍內的物體，在0.1秒內做出反應，并自修復5000多次。
研究小組稱，未來這種電子皮膚可用于監控人體健康或者建造飛機，因為它和人類皮膚一樣敏感。雖然這不是科學家第一次嘗試以電子方式復制人類皮膚，但之前的嘗試都無法與該產品相媲美。
電子皮膚可以感知20厘米范圍內的物體，在0.1秒內做出反應，并自修復5000多次。研究報告作者蔡宜辰（音譯）稱，理想狀態下的電子皮膚應該具有人類皮膚的許多自然功能，包括實時感知溫度和觸覺。
【新型超靈敏“電子皮膚”】蔡宜辰說：“然而，要制造既能完成如此精細的任務，又能承受日常生活摩擦的柔性電子產品是一項重大挑戰，而且使用的每種材料都必須經過精心設計。 ”
之前科學家復制人類皮膚的嘗試結合了活性納米材料傳感器層和附在皮膚上的彈性層，但是這兩層之間的連接通常太弱或者太強，很大程度上降低了耐用性、敏感性和靈活性，使電子皮膚更容易斷裂破損。
蔡宜辰稱，電子皮膚產品的發展日新月異，2D傳感器的出現加速了這種原子結構細薄、機械強度高的材料集成至具有功能性、耐用性的人造皮膚。
為了解決這個問題，研究人員使用一種由二氧化硅納米顆粒增強的水凝膠來創建它們的“彈性表面”，并使用高導電納米線將其與2D碳化鈦MXene傳感器結合起來。研究報告合著作者沈杰（音譯）博士說：“水凝膠中70%以上是水，這使得它們與人類皮膚組織非常兼容。 ”
他們發現通過向所有方向預先拉伸水凝膠，然后應用一層納米線并控制其釋放，他們創造了通往傳感器層的通路，即使該材料被拉伸至原來的28倍，傳感器層也不會受到破壞影響。研究人員稱，這種電子皮膚原型可以感知20厘米范圍內的物體，并在0.1秒內對相關刺激做出反應。
與此同時，電子皮膚還具有較高的靈敏度，能區分在其表面書寫的筆跡，并承受5000多次變形，在大約0.25秒內恢復。沈杰博士稱，電子皮膚在反復使用后還能保持韌性，這是一個驚人成就，可以模仿人類皮膚的彈性快速恢復。
這項最新發明可能有助于制造可監測血壓變化在內多種生物信息的假肢，這些信息可以通過無線網絡共享并存儲在云端平臺。研究報告合著作者董文華（音譯）說：“電子皮膚廣泛應用的一個障礙在于高分辨傳感器的擴大，然而激光輔助增材制造提供了新的應用前景。 ”
然而，激光輔助增材制造提供了新的應用前景，雖然電子皮膚第一個應用領域是醫療，但電子皮膚還將受益范圍更廣的產品，其中包括：監測家具、飛機和建筑物的感應帶。蔡宜辰說：“我們認為這項技術的應用范圍遠不止生物學，還將投入到許多領域。 ”

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