电子皮肤：赋予机器人触感_1

近日，美国华人学者鲍哲南带领的团队开发出一种基于塑料的电子皮肤，不仅可以区分握手的轻与重，而且还能把这种感觉传递给大脑。如果可以大范围应用，那么很多依靠假肢生活的人或许有一天可以通过它获得真实的触感。这项研究发表在10月15日的《科学》上。文章解释说，这种新研发的电子皮肤像一页纸那么薄，可以分为两层，外层是可以感知压力的传感器，由塑料材料加上碳纳米管制成；内层是由喷墨打印机印刷出的柔性电子电路，可以把压力信号改变成电信号并传递给大脑。电子皮肤原理似乎并不复杂，但是实现起来却并不容易。早在2010年，这项研究就曾经在专业期刊发表过，也是鲍哲南团队所做。

神奇的电子皮肤看似薄薄的一片，实际上电子皮肤上密布着电子线路。2010年，鲍哲南发明的电子皮肤就具备了极高的灵敏度，它能够感受类似小飞虫的压力。当时，鲍哲南表示，如果把这种材料运用到机器人身上，轻轻拿起一只鸡蛋不捏碎就成为可能。如果运用到医学上，可以制成检测器，为癌症病人准确区分硬的癌细胞和软的健康细胞，从而保障切除癌细胞手术的快速准确。如果用在汽车方向盘上，当驾驶人因困乏或走神，手握方向盘松动时，感应器就会及时提醒。如今，鲍哲南团队借助了一种名为光遗传学的技术，研究人员改造了实验鼠的大脑神经细胞，使得人造皮肤能够向这种改造后的细胞传递电信号，而当电子皮肤受到的压力越大，其电极的接触范围越大，从而导电性能越好，感知压力的变化。下一步，研究人员将研制可以感知温度、痛觉等感觉的电子皮肤。虽说名叫皮肤，但是它的应用范围不仅仅在人体或假肢，机器人、手机和电脑的触摸式显示屏、汽车安全和医学上都可以见到电子皮肤的身影。因为这种电子皮肤具备良好的自愈能力，当其受到损伤后，几秒内其强度和导电性就恢复到原来的75%。30分钟过后，它几乎恢复如初。如果应用到手机屏幕上，或许人们就会拥有一个屏幕摔碎也能神奇恢复的手机。电子皮肤或将改变我们的生活虽然距离广泛应用还存在一些距离，但是电子皮肤带给人类生活的改变可以预见。在材料科学家看来，皮肤是人类大脑与这个世界的接口，它敏感，反应速度快，迅速帮助人类感知周边环境，对人类认识和理解世界起到了巨大的作用。对比当下的智能穿戴设备，似乎都是冷冰冰只能通过简单的触摸完成指令，但是未来，电子皮肤的应用会赋予智能穿戴设备灵活的生命力。10月31日，发表在《科学进展》上的一篇文章，阐述了来自韩国的科学家们通过聚合物和氧化石墨烯混合物，模仿指尖的纹路，研发了一款电子皮肤。它可以感知一根头发的压力，甚至还可以分清邋遢的胡须和稀疏的胡渣。更神奇的是，若一滴水落在电子皮肤上，它就能迅速识别水的温度和性质，并能判断出水滴下落的高度。然而，电子皮肤真正移植于机体前，还要考虑皮肤内部的生理功能与结构问题。电子皮肤与周围正常皮肤的神经、肌肉、淋巴及腺体等能否和谐共生，将感知的触觉反馈给神经细胞，并接受神经精确无误的指令传输，这都将是科学家们下一步努力的方向。人造皮肤vs电子皮肤虽然有些媒体将鲍哲南团队的研究翻译为人造皮肤，其实，首先提到的鲍哲南教授的新研究成果应该叫电子皮肤，而不是人造皮肤。事实上电子皮肤和人造皮肤是两个完全不同的概念。人造皮肤是指具有再生修复缺损皮肤的一类人工皮肤替代物。而电子皮肤是一种具有皮肤一样柔性、纤薄的柔性电子传感器。浙江大学组织修复与再生医用高分子材料课题组教授马列告诉记者。简单来说，前者更接近于人类的皮肤，后者则属于可延展电子器件的范畴，可以应用到更广阔的领域。在人体中，皮肤是最大的器官，也是人体抵抗外界细菌的第一关，还可以保持体内的水分平衡。然而，一些意外或导致皮肤大面积缺损，比如烧伤。如果没有皮肤的保护，重度烧伤者会出现严重脱水，甚至无法抵抗危及生命的细菌。以往的经验是从伤者的身体其他部位取下健康的皮肤移植到伤处，但如果是大面积烧伤，正常皮肤所剩无几，那么就只能选择异种移植，但这样往往会发生排斥反应。为了应对这种情况，科学家开始研发人造皮肤，这是一种由人工合成的人造皮肤。第一块人造皮肤是由美国科学家百科和亚诺斯发明的。这两位科学家利用鲨鱼软骨和来自牛皮中的胶原蛋白为原料发明了一种人造皮肤。随着科学的发展，干细胞培育、胶原、壳聚糖等材料也都被应用到人造皮肤的领域。虽然自体皮移植仍然是修复效果最好的治疗手段，然而，由于供皮来源有限的问题，难以满足临床的需求。马列表示。基于组织工程与再生医学的人造皮肤，在供给量、质量控制等方面都具有一定优势，但目前市售的人造皮肤在恢复皮肤排汗、感知等功能方面还无法达到天然皮肤的水平。延伸阅读电子皮肤研发史早在2003年，日本东京大学的研究团队利用低分子有机物并五苯分子制成薄膜，通过其表面密布的压力传感器，实现了电子皮肤感知压力。时隔两年，该研究团队又在特殊塑料薄膜中重叠嵌入分别感知压力和温度的两组晶体管，在晶体管电线交叉的位置使用微传感器记录电流起伏，可判断出日常温度和每平方厘米300克以上的压力。此外，这种电子皮肤成本相当廉价，每平方米只需100日元（约1美元）。2009年底飞利浦研究实验室宣布他们已经完成一项新的技术Eskin（电子皮肤），主要用于产品的外观装饰。电子皮肤是飞利浦正在进行的电子纸研究的一部分，使用这项技术可以对各种产品覆盖一层变色皮肤。

电子皮肤可以覆盖在各种设备上，不需要使用背光光源，它可以接受周围环境的光线来实现颜色适配和节能，在户外也能像油漆一样保持色彩明亮生动。这项新技术初期将用于手机、MP3等小型设备的外观增强。而美国加州大学伯克利分校研究团队设计出的电子皮肤，可辨别更细微的压强，这种由聚合树脂和敏感橡胶覆盖锗硅混合纳米线制成的皮肤，可感知50克以下的细微压力。随着尖端材料科学研究的深入，石墨烯、碳纳米等特殊材料因超轻薄、韧性强、电阻率小等优良特性，被科学家认为是电子皮肤的优良基底。例如，由中国研究人员使用碳纳米管传感器制成的高灵敏度皮肤，甚至可感知到20毫克蚂蚁的重量。英国剑桥大学的研究人员，也在尝试将随意拉伸和变形的电路移植到透明的弹性硅胶上，力图赋予电子皮肤更多近似人体皮肤的物理特性。按照设计，这种电子皮肤可包裹四肢与手臂，有望应用于皮肤移植。

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