電子皮膚(e-skin)是一種柔性薄膜狀的材料，被設(shè)計(jì)用來(lái)模擬人體皮膚的性質(zhì)，對(duì)溫度和壓力等環(huán)境刺激做出反應(yīng)。具有柔性和緊湊的電路，電子皮膚有多種潛在醫(yī)學(xué)和機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，這項(xiàng)技術(shù)可以使帶假肢的人恢復(fù)觸覺(jué)。

    研究人員正在將這個(gè)概念進(jìn)一步深化，使電子皮膚具有人類皮膚沒(méi)有的特性。來(lái)自韓國(guó)的研究人員創(chuàng)造了一種電子皮膚材料，不僅對(duì)溫度和壓力，還會(huì)以模仿味覺(jué)或嗅覺(jué)的方式對(duì)化學(xué)刺激進(jìn)行反應(yīng)。在最新一期的《Advanced Materials》期刊中，他們介紹了這種被稱為“電子嗅覺(jué)皮膚”的材料。

    這種具有柔性并略有彈性的薄膜由碳納米管制成，長(zhǎng)線由許多碳納米管旋轉(zhuǎn)而成，分層的設(shè)計(jì)比單個(gè)組件強(qiáng)度更高。研究人員將這些導(dǎo)電纖維交叉放置并嵌入到電介質(zhì)中。碳納米管電路被放置在聚二甲基硅氧烷(PDMS)襯底上。

    制備出一種可折疊、扭曲、拉伸和感應(yīng)的材料。該皮膚通過(guò)壓電式電容傳遞信號(hào)，意味著它將產(chǎn)生電容的變化來(lái)對(duì)刺激進(jìn)行反應(yīng)。

    就像真的皮膚，這個(gè)電子皮膚響應(yīng)壓力和溫度變化。感應(yīng)能力被集成到皮膚的每個(gè)像素上，意味著該設(shè)備不僅可以探測(cè)刺激，還可以確定它的位置。

    對(duì)于皮膚來(lái)說(shuō)，該材料具有更不尋常的特性：它可以區(qū)分不同類型的化學(xué)刺激。當(dāng)接觸類似己烷的非極性液體，它產(chǎn)生很小的電容響應(yīng)。另一方面，對(duì)更多類似丙酮或水等的極性分子產(chǎn)生強(qiáng)烈的電容響應(yīng)。不同溶劑誘發(fā)不同的可重復(fù)皮膚響應(yīng)特征。

    “之前沒(méi)有關(guān)于在同一設(shè)備中能夠感知觸覺(jué)和嗅覺(jué)刺激的混合電子皮膚的研究報(bào)告，”論文第一作者兼研韓國(guó)首爾崇實(shí)大學(xué)研究員Do Hwan Kim說(shuō)。

    能夠區(qū)分這些化合物的能力類似于人類的鼻子或舌頭，Kim說(shuō)。

    同時(shí)存在其他可以檢測(cè)化學(xué)刺激的傳感器，將所有傳感器整合到電子皮膚材料中，對(duì)于機(jī)器人傳感應(yīng)用特別有價(jià)值。將不同的傳感方式集成到一個(gè)材料中，使它們更為緊湊而高效。

    然而，這樣的多功能性需要特別注意：因?yàn)殡娮悠つw使用同樣的輸出，通過(guò)改變電容，測(cè)量許多不同的變量，沒(méi)有明確的方法來(lái)區(qū)分哪個(gè)特定的變量在變化。

    并沒(méi)有參與這項(xiàng)研究的德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究員Nanshu Lu說(shuō)：“這項(xiàng)工作的好處是非常明顯的，只需要一個(gè)設(shè)備，便可以實(shí)現(xiàn)這么多的使用模式”。然而她說(shuō)，“如果受到一系列的刺激，不可能將每個(gè)都區(qū)分出來(lái)。因?yàn)榭倳?huì)有串音?！?/P>

    在未來(lái)，研究人員希望能找到一個(gè)方法來(lái)分離出每個(gè)變量的信號(hào)，使該材料能夠在同一時(shí)間報(bào)告多種刺激。