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AG环亚网址新型 “电子皮肤”问世:自我修复 5000 次,拉伸 28 倍,灵敏度惊人

2020-12-04

北京时间 12 月 1 日消息,AG环亚网址据国外媒体报道,目前,专家指出,现已研制出一种结实、有弹性、灵敏度较高的人造皮肤,可以自修复 5000 多次,未来可用于假肢修复。

它被称为 “电子皮肤”,是由沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学研制的。研究小组称,未来这种电子皮肤可用于监控人体健康或者建造飞机,因为它和人类皮肤一样敏感。虽然这不是科学家第一次尝试以电子方式复制人类皮肤,但之前的尝试都无法与该产品相媲美。

电子皮肤可以感知 20 厘米范围内的物体,在 0.1 秒内做出反应,并自修复 5000 多次。研究报告作者蔡宜辰(音译)称,理想状态下的电子皮肤应该具有人类皮肤的许多自然功能,包括实时感知温度和触觉。

蔡宜辰说:“然而,要制造既能完成如此精细的任务,又能承受日常生活摩擦的柔性电子产品是一项重大挑战,而且使用的每种材料都必须经过精心设计。”

之前科学家复制人类皮肤的尝试结合了活性纳米材料传感器层和附在皮肤上的弹性层,但是这两层之间的连接通常太弱或者太强,很大程度上降低了耐用性、敏感性和灵活性,使电子皮肤更容易断裂破损。

蔡宜辰称,电子皮肤产品的发展日新月异,2D 传感器的出现加速了这种原子结构细薄、机械强度高的材料集成至具有功能性、耐用性的人造皮肤。

为了解决这个问题,研究人员使用一种由二氧化硅纳米颗粒增强的水凝胶来创建它们的 “弹性表面”,并使用高导电纳米线将其与 2D 碳化钛 MXene 传感器结合起来。研究报告合著作者沈杰(音译)博士说:“水凝胶中 70% 以上是水,这使得它们与人类皮肤组织非常兼容。”

他们发现通过向所有方向预先拉伸水凝胶,然后应用一层纳米线并控制其释放,他们创造了通往传感器层的通路,即使该材料被拉伸至原来的 28 倍,传感器层也不会受到破坏影响。研究人员称,这种电子皮肤原型可以感知 20 厘米范围内的物体,并在 0.1 秒内对相关刺激做出反应。

与此同时,电子皮肤还具有较高的灵敏度,能区分在其表面书写的笔迹,并承受 5000 多次变形,在大约 0.25 秒内恢复。沈杰博士称,电子皮肤在反复使用后还能保持韧性,这是一个惊人成就,可以模仿人类皮肤的弹性快速恢复。

这项最新发明可能有助于制造可监测血压变化在内多种生物信息的假肢,这些信息可以通过无线网络共享并存储在云端平台。研究报告合著作者董文华(音译)说:“电子皮肤广泛应用的一个障碍在于高分辨传感器的扩大,然而激光辅助增材制造提供了新的应用前景。”

然而,激光辅助增材制造提供了新的应用前景,虽然电子皮肤第一个应用领域是医疗,但电子皮肤还将受益范围更广的产品,其中包括:监测家具、飞机和建筑物的感应带。蔡宜辰说:“我们认为这项技术的应用范围远不止生物学,还将投入到许多领域。”

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