電子皮膚(e-skin)是一種柔性薄膜狀的材料，被設(shè)計用來模擬人體皮膚的性質(zhì)，對溫度和壓力等環(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)和機器人領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，這項技術(shù)可以使帶假肢的人恢復(fù)觸覺。

    研究人員正在將這個概念進(jìn)一步深化，使電子皮膚具有人類皮膚沒有的特性。來自韓國的研究人員創(chuàng)造了一種電子皮膚材料，不僅對溫度和壓力，還會以模仿味覺或嗅覺的方式對化學(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，長線由許多碳納米管旋轉(zhuǎn)而成，分層的設(shè)計比單個組件強度更高。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。該皮膚通過壓電式電容傳遞信號，意味著它將產(chǎn)生電容的變化來對刺激進(jìn)行反應(yīng)。

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

    對于皮膚來說，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，對更多類似丙酮或水等的極性分子產(chǎn)生強烈的電容響應(yīng)。不同溶劑誘發(fā)不同的可重復(fù)皮膚響應(yīng)特征。

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

    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。

    同時存在其他可以檢測化學(xué)刺激的傳感器，將所有傳感器整合到電子皮膚材料中，對于機器人傳感應(yīng)用特別有價值。將不同的傳感方式集成到一個材料中，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：因為電子皮膚使用同樣的輸出，通過改變電容，測量許多不同的變量，沒有明確的方法來區(qū)分哪個特定的變量在變化。

    并沒有參與這項研究的德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究員Nanshu Lu說：“這項工作的好處是非常明顯的，只需要一個設(shè)備，便可以實現(xiàn)這么多的使用模式”。然而她說，“如果受到一系列的刺激，不可能將每個都區(qū)分出來。因為總會有串音?！?/P>

    在未來，研究人員希望能找到一個方法來分離出每個變量的信號，使該材料能夠在同一時間報告多種刺激。