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新型電子皮膚研發參展:可回收、可防水、可拉伸、可導電、可自我修復


為了設計出更加環保,更多功能的電子設備,增加產品的創新性,給現有的電子產品帶來更多的創意,科學家們都在不斷的努力著。下面就是一個科研團隊新研發的電子皮膚,給人們帶來新的科技產品。


據外媒CNET報道,水母是海洋環境中重要的浮游生物,看起來十分漂亮。 近日新加坡國立大學的科學家受到了這種透明無脊椎動物的啟發,以構建他們的最新作品:一種自我修復、可拉伸、觸敏的電子皮膚,可用于開發軟體機器人和各種人機通信接口。


背景


皮膚,是人體中最大的器官,可直接與人體外部的環境進行接觸與交互。柔軟的皮膚組織下面分布著龐大的傳感器網絡,可實時獲得溫度、壓力、氣流等外界信息的變化。

電子皮膚(electronicskin),是一門新興的前沿技術。它模仿了人類皮膚的功能和機械特性,由輕薄、透明、柔性、可拉伸的材料制成,能非常便捷地貼合于人體皮膚表面,感知人體生理信號例如血氧濃度、血液中的酒精濃度等,以及外界環境刺激例如壓力、溫度等,從而實現人工的觸覺感知功能。如今,電子皮膚已經廣泛應用于醫療、機器人、人造假肢、可穿戴技術等多個領域。

創新

近日,新加坡國立大學(NUS)的科學家團隊受到水下無脊椎動物例如水母的啟發,創造出一種具有類似功能的電子皮膚。像水母一樣,這種電子皮膚是透明、可拉伸、觸摸敏感的,并能在水生環境中自我修復。它可應用于從防水觸摸屏到水生軟體機器人的各個領域。

新加坡國立大學工學院材料科學與工程系助理教授BenjaminTee及其團隊,與中國清華大學和美國加州大學河濱分校的合作伙伴們一起開發出了這種材料。

團隊的八名研究人員花費了超過一年的時間開發出了這種材料,團隊的這項發明首先于2019年2月15日在《自然電子學(NatureElectronics)》期刊上發表。

技術

多年來,Tee助理教授一直致力于研究電子皮膚,他也是2012年開發出首個自修復電子皮膚傳感器的成員。

在這個研究領域的經驗,使他可以判斷出自修復電子皮膚領域尚未克服的關鍵障礙。他說:“如今,許多自修復材料所面臨的關鍵挑戰之一就是,它們不是透明的,并且在潮濕的時候無法高效地工作。這些缺點阻礙了它們應用于觸摸屏等電子產品,因為這些電子產品經常需要在潮濕天氣條件下使用。”

他繼續說:“懷揣著這個想法,我們開始研究水母。水母是透明的,并且能感知潮濕環境。所以,我們想知道如何才能制造出一種人工材料,模仿水母的防水特性,并且對觸摸敏感。”

他們的努力取得了成功,創造出了一種由碳氟化合物基聚合物以及富氟離子液體組成的凝膠。當二者結合時,聚合物網絡與離子液體之間通過高度可逆的離子偶極子相互作用進行交互,從而使得它能自我修復。

為了詳盡闡述這種配置的優點,Tee助理教授解釋道:“大多數的導電聚合物凝膠,例如水凝膠,在浸入水中的時候會產生膨脹,或者在空氣中隨著時間推移會變干。我們的材料的不同之處在于,它在潮濕和干燥的環境中都能保持住形狀。它能很好地工作在海水甚至是酸性或者堿性環境中。”

價值

這種電子皮膚是通過將新型材料印刷到電子電路上創造出來的。作為一種柔軟、可拉伸的材料,當被觸摸、按壓或者拉緊時,其電氣特性會產生變化。Tee助理教授補充道:“我們可以測量這種變化,將它轉變為可讀的電信號,從而創造出一系列不同的傳感器應用。”

Tee助理教授又補充道:“我們的材料的3D打印能力,也表明了它在創造完全透明電路板方面的潛力,這些透明電路板可用于機器人領域。我們希望利用這種材料在新型軟體機器人領域開發各種應用。”

軟體機器人和柔性電子器件,總的來說,目標是模仿生物組織,使得它們從機械角度來說更適合人機交互。除了傳統的軟體機器人應用,這種新型材料的防水技術,使之可用于設計水陸兩用機器人和防水電子器件。

這種自修復電子皮膚更進一步的優點就是:有望減少垃圾。Tee助理教授解釋道:“全球每年要產生幾百萬噸電子垃圾,這些垃圾來自損壞的手機、平板電腦等電子產品。我們希望創造出一個未來,使得由智能材料制造出的電子器件可自我修復,從而減少全世界的電子垃圾數量。”

未來

Tee助理教授及其團隊將繼續他們的研究,并希望未來進一步探索這種材料的可能性。他說:“目前,我們正在利用這種材料的綜合性能,去制造新型光電子器件,這些光電子器件有望應用于許多的新型人機通信接口。”
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