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。