新型電子皮膚：具有超強的拉伸、感知和自愈能力！

導讀

近日，沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的科研人員開發出一種導電的水凝膠，它使得電子皮膚的拉伸能力、自愈能力和應變靈敏度，達到了新的極限。

背景

電子皮膚（Electronic skin），是時下非常熱門的前沿科技領域之一。簡單說，電子皮膚是由輕薄、可彎曲、可拉伸、有彈性的材料製成的柔性電子器件，是感測器技術、微機電技術、新材料技術等多項技術相互融合的成果。

電子皮膚可以模仿人類皮膚保護、感知、自愈等功能，在醫療、機器人、人造假肢、可穿戴設備等諸多領域，都有著很好的應用前景。

例如，它可以非常便捷地貼合於人體皮膚表面，感知人體生理信號（血氧濃度、血液中的酒精濃度等）以及外界環境刺激（壓力、溫度等）。此外，它還可以做成幫助傷口癒合的生物可降解貼片、可穿戴電子設備、對於觸摸敏感的機器人裝置等等。

之前，筆者介紹過許多有關電子皮膚的科研創新案例，今天從中精心挑選出三個經典的案例，使大家對於電子皮膚有一個直觀的認識和初步的了解。

1）美國科羅拉多大學波爾得分校研究人員開發出一種新型「電子皮膚」，它具有延展性，可自我修復，可完全回收。

（圖片來源：Jianliang Xiao / 科羅拉多大學波爾得分校）

2）美國斯坦福大學研究人員開發出的電子皮膚，讓人造假肢和機器人具有觸覺感知能力。

3）中國哈爾濱工業大學的研究人員研製出一種帶有毛髮的電子皮膚，它可以捕捉到最輕微的風。

創新

今天，讓我們再來關注一項有關電子皮膚的科研創新成果。近日，沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的科研人員開發出一種導電的水凝膠，它使得電子皮膚的拉伸能力、自愈能力和應變靈敏度，達到了新的極限。

該校材料科學與工程系教授 Husam Alshareef 表示：「我們的材料勝過之前報導的所有水凝膠，並且引入了新功能。」

技術

這種材料是一種由含水的水凝膠與金屬碳化物（MXene）組成的複合材料。它不僅能拉伸超過34倍，還能迅速變回初始形狀，也可以粘貼在許多表面上，例如皮膚。當將這種材料切成小塊再重新連接到一起時，它可以迅速地自我癒合。

Alshareef 實驗室的博士後、論文第一作者 Yizhou Zhang 表示：「材料對於拉伸和壓縮具有不同的靈敏度，這是一項突破性的發現，它為水凝膠的感知能力添加了一個新的維度。」對於感知皮膚中的變化並將其轉化為電信號來說，這個新維度顯得十分重要。

價值

論文合著者 Kanghyuck Lee 表示：「我們的材料在各種生物感知和生物醫療領域，具有真正的潛力。」

例如，將這種材料的薄片粘貼到用戶的前額，就能分辨出不同的面部表情，例如微笑或者皺眉。這種能力使得嚴重面癱的患者可以控制電子設備並進行通信。

另外，將條狀的這種材料粘貼於咽喉部位，就可以將語音轉化為電子信號。這是一項非常了不起的功能，它使得有言語障礙的人講話能被清楚地聽到。還有一種更加直接且非常有用的醫療應用，就是柔性創面覆蓋物，它可以釋放藥物促進癒合。

除了粘貼在外部皮膚上，這種材料還可用於身體內部的病變器官。團隊也正在計劃開發一種智能材料，用於監測器官的體積和現狀，根據產生的信號來改變藥物的釋放。未來，理想的潛在應用會將醫學感知和治療結合起來。

此外，其他的應用還包括機器人，例如：這種材料可以用於觸敏的機器人手指。這種材料還具有防偽作用，這種材料加上集成電路元件可以高度靈敏地檢測簽名的真偽。

關於現在或者未來開發的潛在應用，KAUST 團隊有一個長長的列表。Alshareef 總結道：「商業化的潛力巨大。」

關鍵字

電子皮膚、感測器、機器人、醫療、柔性電子

參考資料

【1】https://discovery.kaust.edu.sa/en/article/504/electronic-skin-stretched-to-new-limits

【2】Zhang,Y., Lee, K., Anjum, D.H., Sougrat, R., Jiang, Q. Kim, H. & Alshareef, H.N. MXenesstretch hydrogel sensor performance to new limits: hydrogels sense and healbetter with MXene. Science Advances 4, eaat0098(2018).| article