可随意拉伸、能自我修复的电子皮肤问世！

以下文章来源于学术头条 ，作者阳光

近日，来自科罗拉多大学博尔德分校的研讨人员开发了一种“真正可穿戴”的电子设备。这种可穿戴设备能够自我修复，就像真正的皮肤一样。它还能够执行一系列感官任务，例如丈量用户的体温或追踪人们的日常步数。

更重要的是，这款可穿戴设备能够被塑构成合适人们身体任何部位的外形。

这一受人体皮肤启示并粘附在人体皮肤上的可拉伸、可完整回收的电路板“电子皮肤”研讨，于 11 月 6 日发表在 Science Advances 杂志上。

论文作者之一、科罗拉多大学博尔德分校的 Jianliang Xiao 表示：“假如人们想像手表一样佩戴它，能够戴在伎俩上，假如人们想像项链一样戴它，能够戴在脖子上。”

研讨人员还表示，他们希望这一发明将有助于重新扩展可穿戴设备的功用，这样的高科技皮肤不只能够使人们搜集有关他们身体的精确数据，而且还能够减少世界上日益增加的电子渣滓数量。

新型多功用电子皮肤

长期以来，那些轻薄而温馨可穿戴设备不时是科幻小说的主要内容。好比《终结者》电影系列中的阿诺·施瓦辛格脸上的皮肤剥落。

研讨人员表示：“智能手表的功用很好，但它们一直是一大块金属带。假如我们想要一个真正可穿戴的设备，理想状况下它将是一种能温馨地贴合人们身体的薄膜。”

能够说，电子皮肤的研发目的，既是机器人又是人类。研讨人员此前曾在 2018 年描画过他们针对电子皮肤的设计，而他们最新版的电子皮肤技术，在概念上中止了很多改进，不只更有弹性，功用也愈增强大。

图 | 人在伎俩上佩戴“电子皮肤”设备

细致而言，多功用可穿戴电子设备包含三个传感模块：由运算放大器和电阻完成的心电传感器，用于体温传感的温度计传感器，以及用于声音和运动传感的加速度计。

从更深的角度来看，该设备由 EGaIn LM合金，以及封装在两个薄弹性聚亚胺膜（polyimine membranes）之间的商业小尺寸芯片部件组成。

LM 作为芯片之间的电互连，每个芯片的引脚精确地装置在图案化的LM接触焊盘上，相似于印刷电路板，但不需求焊接。

图 | 新型可穿戴设备组成表示图

此外，当设备严重损坏或不需求时，可经过浸泡在回收液中中止充沛回收，当聚亚胺完整解聚时，包含芯片和 EGaIn LM 在内的电子元件能够很容易地从溶液中分别出来，聚合物溶液和电子元件都能够重新用于制造新设备。

薄且不失延展性的秘密

这款多功用可穿戴电子设备中的 LM 电路，提供了优秀的导电性、优秀的内在机械柔软性和变形性，因而该设备能够在贴在人体皮肤上时弄皱、弯曲、扭曲和拉伸。

图 | 新型电子皮肤能够被塑构成各种外形

同时为了制造他们的弹力产品，研讨团队运用丝网印刷来创建一个液态金属丝网络，然后，他们将这些电路夹在两层薄膜之间——这两层薄膜是由一种称为聚亚胺的高度柔性和自愈资料制成的。

由于聚亚胺的特殊性能，所提该多功用可穿戴电子设备是可自我修复并且能够完整可回收的。

当设备损坏时，碎片能够接在界面上产生新的共价键。不同于那些非共价超分子键协作用，此处运用的聚亚胺基质由共价键组成，因而使装置愈加巩固，并且能够在较大范围的条件下操作。

自愈装置则能够保障恢复机械和电气功用。必要时压力可用于改善界面接触和加速键交流反响，以完成更有效的界面愈合。

由该装置产生的薄膜比创可贴稍厚，能够加热皮肤，该团队讲演说，它还能够在任何方向上伸展 60％，而不会破坏内部的电子设备。研讨人员说：“它真的很有弹性，这使得许多以前无法选择的可能性成为可能。”

图 | 新的“电子皮肤”设备能够在任何方向上拉伸60％，而不会失去任何功用。

研讨人员表示，该电子皮肤能够做很多与Fitbits等盛行的可穿戴健身设备相同的事情：牢靠地丈量身体的暂时状态、心律、运动方式等。

研讨人员表示，假如一块电子皮肤被做成了切片，人们要做的就是将决裂的区域捏在一同。由于在几分钟之内，聚亚胺资料将开端重整，在 13 分钟内，损伤将简直无法检测到，这相似于皮肤愈合。

实践上，该成果还代表了一种制造电子产品的新措施——一种可能对地球更友好的措施。

据估量，到 2021 年人类将消费超越 5500 万吨的废弃智能手机、笔记本电脑和其他电子产品。该团队所制造的可伸缩设备，有望“消灭”渣滓填埋场。

假如把其中一个贴片浸泡在回收溶液中，聚亚胺会解聚或分别成其组成分子，而电子组件会沉到底部。电子器件和弹性资料都能够重复运用。

图 | 新型电子皮肤可回收应用表示图

研讨人员表示：“我们对电子渣滓的处置计划是从制造设备的方式开端的，而不是从终点开端，或者从何时开端丢弃。我们需求的是一种易于回收的设备。”

不外，研讨人员也表示，电子皮肤距离真正应用还有很长的路要走。目前，这些设备仍需求衔接到外部电源才干工作。但是，研讨人员置信，人造电子皮肤很快就会成为未来的时兴潮流。

更多应用的完成

上个月，华中科技大学也以第一研讨单位在 Science Advances 上发表了相关论文，论述了其电子皮肤的最新停顿。

研讨人员首先树立了电极-皮肤的散布参数电学模型，在该模型基础上进一步推导了信号弥补理论，并且经过相关实考证明该理论能够很好地消弭表皮衔接线所采集的生理电势信号的干扰。

同时，研讨人员采用理论计算和仿真的措施保障了电子纹身不发作轴向拉伸和面内弯曲。这种设计仅仅让皮肤感受不到电子器件的力学约束，更能让体内汗液和热量顺畅地排出。

此外，得益于突破“电路信号弥补-大面积制造-近零应变转印”等瓶颈，研讨人员展示了大面积电子纹身在未来数字健康、高精度人机交互等范畴的胜利应用。

图 | 大面积电子纹身的应用实例——手语辨认、假肢控制、颈部肌电云图

英文字母手语辨认、单词字母连续辨认和实时假肢控制等技术为残障人士中止高性能人机自然交互提供可能，颈部肌电云图采集有助于语音康复、吞咽功用评价、颈椎病监测等，多通道的心电监测能够反映心脏不同部位的状况，完成对心律不整、心悸等多种心脏疾病的监测。

这些应用也使得人们看到越来越多电子皮肤应用的可能性，置信在不久的未来，电子皮肤一定能辅佐人们完成更多看起来不可能的任务。