新型電子皮膚：可自我修復，可回收，應用前景好！

導讀

近日，美國科羅拉多大學波爾得分校研究人員開發出一種新型「電子皮膚」，它具有延展性，可自我修復，可完全回收，可應用於一系列領域，例如：機器人、義肢、生物醫電裝置。

背景

電子皮膚是一項新興的前沿技術，也稱為「e-skin」，它由輕薄、半透明、彈性的材料製成，可以模仿人類皮膚的功能和機械特性。時下，科學界越來越多地注意到電子皮膚在醫療、科學和工程等領域的價值，因此全球許多的科研實驗室都在開發各種各樣的電子皮膚。之前的文章中，筆者也介紹過有關電子皮膚的多個創新成果。

1）日本東京大學開發出一種光電子皮膚（oe-skins），它耐用、可彎曲的、輕薄（厚度只有保鮮膜的四分之一），可穿戴在皮膚上顯示血氧等級。

（圖片來源：東京大學）

2）沙特阿卜杜拉國王科技大學扭動的智能線，可以編織進壓敏的「電子皮膚」，可以用於新式衣服，機器人和醫學假肢。

（圖片來源：阿卜杜拉國王科技大學）

3）中國哈爾濱工業大學的研究人員研製出一種帶有毛髮的電子皮膚，它不僅能夠檢測空氣流動，還能夠檢測材料性能，而且也具有很好的抗損傷力，在智能機器人和環境感知等方面有著巨大的應用潛力。

（圖片來源：美國化學學會網站）

4）韓國和美國科學家領導的國際科研團隊開發出一種新型電子皮膚微系統，它可以監測心率、呼吸、肌肉運動和其他健康數據，並可將數據無線發送至智能手機。相對於現有的健康追蹤器，這種電子皮膚的獨特之處在於「三維布局」，使得它的柔性更好、尺寸更小。

（圖片來源：大邱慶北科學技術院）

5）中國華中科技大學的研究人員開發出一種由警報水母啟發的電子皮膚，如果給它施加的壓力足以引發傷害，它就會發光。

（圖片來源：ACS）

創新

近日，美國科羅拉多大學波爾得分校研究人員開發出一種新型「電子皮膚」，它具有延展性，可自我修復，可完全回收，可應用於一系列領域，例如：機器人、義肢、生物醫電裝置。

（圖片來源：Jianliang
Xiao / 科羅拉多大學波爾得分校）

科羅拉多大學波爾得分校的助理教授 Jianliang
Xiao 與該校化學和生物化學副教授 Wei Zhang 一起合作領導了這項研究。這項研究的相關論文發表於《Science Advances》雜誌，論文的合著者包括：機械工程專業的Zhanan Zou 和 Yan Li、化學和生物化學專業的Chengpu Zhu 和 Xingfeng Lei。這項研究受到了美國國家科學基金會的一部分贊助。

技術

Xiao 表示，科羅拉多大學波爾得分校研發的這種新型電子皮膚中嵌入了感測器，這些感測器可以測量壓力、溫度、濕度和氣流。這種電子皮膚含有新型共價鍵動態網路聚合物：聚醯亞胺（polyimine），連接著銀納米顆粒，因此具有更好的機械強度、化學穩定性和導電性。

（圖片來源：參考資料【2】）

（圖片來源：參考資料【2】）

（圖片來源：參考資料【2】）

Zhang 說，許多人都熟悉電影《終結者》，電影中大反派的皮膚，在受到槍擊、打擊和撞到後，幾秒鐘內就可以自我癒合。但是這種新工藝趕不上電影的效果，電子皮膚以及感測器受傷或者斷裂後的癒合，需要使用處於乙醇中的三種商用成分。

科羅拉多大學波爾得分校開發的這種新型電子皮膚另外一項優勢就是，通過向它施加適度的熱量和壓力，而無需過度的壓力，它就可以輕易地貼合到彎曲的表面上，例如人體手臂和機器手。

為了回收皮膚，該裝置被浸泡到可回收的溶液中，讓聚合物可以降解為低聚物（通常是指聚合度低於10的聚合物）和單體（可以連接在一起形成聚合物的小型分子），它們可以溶解於乙醇中。而銀納米顆粒下沉到溶液的底部。

Xiao 表示：「然後，這種可回收的溶液和納米顆粒可用於製造新的功能性電子皮膚。」

價值

Xiao 表示：「這項研究獨特之處，我們使用的聚醯亞胺的化學鍵使得電子皮膚可以在室溫下自我癒合並完全可回收。全世界範圍內每年產生幾百萬噸的電子垃圾，我們的電子皮膚的可回收性將帶來很好的經濟和環境效益。」

Zhang 表示：「比如，你想要一個機器人照顧嬰兒，你就可以將電子皮膚集成到機器人手指上，讓它可以感知嬰兒的壓力。這個創意旨在通過具有期望功能的電子皮膚，嘗試模擬生物皮膚。」

關鍵字

電子皮膚、可穿戴、機器人

參考資料

【1】https://www.colorado.edu/today/2018/02/09/new-malleable-electronic-skin-self-healable-recyclable

【2】Zhanan Zou, Chengpu Zhu, Yan Li, Xingfeng Lei, Wei Zhang, and Jianliang Xiao. Rehealable, fully recyclable, and malleable electronic skin enabled by dynamic covalent thermoset nanocomposite. Science Advances, 2018; DOI: 10.1126/sciadv.aaq0508

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