柔软，有弹性且强壮的电子皮肤可模仿人类皮肤的自然功能

时间：2021-11-19 15:52:00 来源：

KAUST的研究人员开发了一种耐用的“电子皮肤”，可以模仿人类皮肤的自然功能，例如感测温度和触摸。

柔软，有弹性，纤细且结实的电子产品可以加速人造皮肤的到来。

模仿人类皮肤强度，可拉伸性和敏感性的材料可用于实时收集生物学数据。电子皮肤或电子皮肤可能在下一代假肢，个性化医学，软机器人和人工智能中发挥重要作用。

KAUST博士后蔡艺晨说：“理想的电子皮肤将模仿人类皮肤的许多自然功能，例如精确地实时感测温度和触摸。”但是，制造合适的柔性电子器件既可以执行此类微妙的任务，又能忍受日常生活的颠簸和刮擦是具有挑战性的，因此涉及到的每种材料都必须经过精心设计。

大多数电子皮肤是通过在附着于人体皮肤的弹性表面上铺一层活性纳米材料（传感器）制成的。但是，这些层之间的连接通常太弱，这降低了材料的耐用性和敏感性。或者，如果强度太高，柔韧性将受到限制，从而更可能导致电路破裂和断裂。

KAUST使用经二氧化硅纳米颗粒增强的水凝胶开发的耐用电子皮肤可形成坚固而有弹性的基材。

蔡说：“皮肤电子产品的景观以惊人的速度不断变化。”“ 2D传感器的出现加快了将这些原子薄，机械强度高的材料集成到功能性，耐用的人造皮肤中的努力。”

由Cai和同事Shen Shen领导的团队现在使用由二氧化硅纳米颗粒增强的水凝胶作为坚固而有弹性的基材，并以2D碳化钛MXene作为传感层，并与高导电性纳米线结合在一起，创建了一种耐用的电子皮肤。

“水凝胶中的水超过70％，使其与人体皮肤组织非常相容，”沉解释。通过在各个方向上预拉伸水凝胶，施加一层纳米线，然后小心地控制其释放，研究人员创建了一条通向传感器层的导电通道，即使材料被拉伸到其原始尺寸的28倍也保持完整。皮肤可以感觉到20厘米外的物体，在不到十分之一秒的时间内对刺激做出反应，并且当用作压力传感器时，可以区分在其上书写的笔迹。经过5,000次变形后，它仍然可以正常工作，每次恢复大约四分之一秒。Shen表示：“电子皮肤在反复使用后保持韧性是一项了不起的成就，它模仿了人类皮肤的弹性和快速恢复能力。”这种类型的电子皮肤可以监控一系列生物学信息，例如血压的变化，可以从动脉的振动以及大四肢和关节的运动中检测出来。然后，这些数据可以通过Wi-Fi共享并存储在云上。 “然而，激光辅助增材制造提供了新的希望。”“我们认为这项技术将超越生物学，” Cai补充道。“可伸缩的传感器带有一天可以监视无生命物体（例如家具和飞机）的结构健康状况。”

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