電子皮膚與主體交互有望取代智能可穿戴健康設備

　　近日，日本東京大學的研究人員研制出一種新型的電子皮膚。這種新型電子皮膚的厚度只有3微米，與人類皮膚能夠達到近乎完美的融合。此外，研究人員在電子皮膚中加入了一種有機高分子發(fā)光二極管（PLED），使得這種超薄的電子皮膚轉化為“電子顯示屏”，并讓它看起來像一個紋身。

　　盡管這種新型皮膚目前只能測出用戶的血液氧濃度，不過，研究人員正在進行下一步研發(fā)，他們希望這款皮膚在未來可以實現(xiàn)讓用戶得知自己的健康數(shù)據(jù)，讓工人查看圖表等功能。屆時，電子皮膚這種無縫穿戴技術就可替代當前的智能手表等可穿戴技術了。

　　電子皮膚是一項頗為有趣而且重要的技術，在醫(yī)療、科技、智能等領域都有不少用途。可以說，電子皮膚的潛力極大。不過，目前這項技術仍處于初級的試驗階段，尚不能實現(xiàn)大規(guī)模應用。

　　電子皮膚在醫(yī)學領域作用重大，皮膚移植、制作假肢都需要

　　電子皮膚，是一種可以讓機器人產(chǎn)生觸覺的系統(tǒng)。其結構簡單，可被加工成各種形狀。能像衣服一樣附著在設備表面，能夠讓機器人感知到物體的地點和方位以及硬度等信息。電子皮膚能夠模擬、還原甚至取代機體皮膚。正因為這些特性，電子皮膚在諸多領域都發(fā)揮著重要的作用。

　　首先想到的就是醫(yī)療方面。因為人體的皮膚一旦損壞便不可修復。在古時的亞洲和歐洲，有“割肉補瘡”的方法來修復皮膚損傷，并持續(xù)了2500年左右。但是，當年的醫(yī)療和麻醉水平都極為落后，對于患者來說，無異于在接受一種酷刑。

　　直到19世紀末。植皮手術出現(xiàn)。然而，這種手術的方法是切取患者自身或其他人的皮膚進行移植修復。不僅會產(chǎn)生劇烈的疼痛，更會給患者的身心帶來雙重的創(chuàng)傷。另外，移植后的皮膚脆弱異常，并容易引發(fā)觸覺減弱、免疫力下降等一系列后遺癥。

　　然而，需要接受這種手術的人并不在少數(shù)。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年需要接受皮膚移植的患者人數(shù)在20萬左右，而存在不可恢復性皮膚創(chuàng)傷并尚未接受植皮手術的患者數(shù)量更是超過了400萬。由此看來，電子皮膚對于醫(yī)療領域的重要性不言而喻。

　　在各國研究人員的努力下，超仿真電子皮膚正在逐漸得以發(fā)展。早在2003年，東京大學的研究團隊就已利用并五苯這種低分子有機物制成薄膜，并在其中密布壓力傳感器，使電子皮膚擁有了感知壓力的功能。

　　兩年之后，這一團隊又在電子皮膚中分別嵌入了兩組能夠感知壓力和溫度的晶體管，在晶體管電線交叉點使用微傳感器記錄電流的起伏狀況，由此可以判斷出日常溫度和感知到超過300g/c 的壓力。最棒的是，這種電子皮膚的成本極為廉價，是100日元/ （約合1美元）。

　　無獨有偶，美國加州大學伯克利分校的研究團隊設計出了由聚合樹脂和敏感橡膠覆蓋鍺硅混合納米線制成的電子皮膚。這種皮膚更為敏感，可感知50g以下的細微壓力。

　　英國劍橋大學的研究人員則嘗試著將能夠隨意拉伸變形的電路移植到透明的彈性硅膠上，希望賦予電子皮膚更多類似于人類皮膚的物理特性。這種皮膚能夠包裹四肢和手臂，并有望應用在皮膚移植方面。

　　此外，電子皮膚還可被用于假肢的制作。應用了電子皮膚的義肢能夠與人類的真實肢體更加接近，讓患者有更多復雜的知覺?？梢哉f，電子皮膚為患者帶去了福音。

　　電子皮膚為智能領域帶去革命，未來或取代可穿戴設備

　　除了醫(yī)療領域外，電子皮膚將為智能機器人領域帶去一場革命。目前的機器人不僅能夠實現(xiàn)簡單的動作，甚至能夠替代人類做一些工作。然而，皮膚恰恰是在機器人技術的研發(fā)中最不易被注意的部分。因此，機器人往往難以感知復雜的三維觸覺力度，不能體會拿起乒乓球與蘋果所需力量的差異。

　　對于這一難點，電子皮膚則可以很好地進行解決。電子皮膚擁有良好的壓敏特性及柔韌性，既能夠賦予機器人敏感的觸覺，又能改善其機械笨重的動作，增強機器人的靈活性。

　　當前，可穿戴設備極為火熱，在這一領域中，電子皮膚也有機會大顯身手。比如可以將電子皮膚與智能手表及腕帶相結合，只需將電子皮膚輸出的電學圖形信號稍作分析，就可實現(xiàn)“智能把脈”?？茖W家們還設想可以在設備中植入電子皮膚用以監(jiān)測咽喉部位的肌肉運動產(chǎn)生的微弱壓力，從而將變壓信號轉化為語音，讓聾啞人擁有“傳聲筒”。

　　日本此次研發(fā)的PLED電子皮膚則能夠進一步實現(xiàn)可穿戴設備的功能。當感知到電脈沖時，其上的燈可以通過PLED的不同排列顯示出更加復雜的信息，如字母或數(shù)字。這款電子皮膚外面有鈍化層的保護，能夠使電子皮膚免受氧氣和水蒸汽的入侵，延長發(fā)光時間。同時，它比同類產(chǎn)品產(chǎn)生更少的熱量并消耗更少的電量。

　　隨著對電子皮膚研究的進一步深入，擁有更強韌性和更小電阻率的石墨烯、碳納米等更多的尖端材料被發(fā)現(xiàn)能夠應用于電子皮膚中。我國的研究人員就使用碳納米管傳感器制成了高靈敏度的電子皮膚，它甚至連20毫克重的螞蟻都能夠感受得到。

　　作為一種可以覆蓋甚至嵌入人體的技術，電子皮膚在未來或能取代可穿戴設備。到時候患者不需再佩戴著繁多的監(jiān)測設備來跟蹤血壓、心率等一系列指標，一塊電子皮膚就能統(tǒng)統(tǒng)搞定。

　　要實現(xiàn)上述功能，就要求電子皮膚與人類及機器都能夠很好的交互。那么，這種交互具體是如何加深的？處于初級階段的電子皮膚又將如何發(fā)展呢？

　　電子皮膚與應用主體交互逐漸加深，但仍處于初級階段

　　皮膚，是人類與大腦聯(lián)系的媒介。人類的皮膚極為靈敏，通過感知將信號傳輸給大腦，有助于我們更好地了解世界。

　　但是對于機器人來說，要做到這一點是非常艱難的。過去數(shù)十年間，科學家們一直致力于讓機器人更加接近人類。開始的時候，它們最多只能擁有一種類型的感知。研究人員試圖將多種感受系統(tǒng)進行整合，但結果并不理想。

　　之后，《科學雜志》上的一篇文章使韓國的科學家們得到了啟發(fā)。這篇文章的大意是說指紋是皮膚上最為敏感的部分，其中真皮層與表皮層的連結，使皮膚產(chǎn)生了更多的接觸點。因此，他們研究出了有隆起線條并夾雜著兩層薄膜的人造皮膚。這種皮膚甚至可以感知到一根頭發(fā)的存在，還能辨別濃密的胡子與輕微的胡茬之間的區(qū)別。

　　再后來，各種高精尖技術被加入到電子皮膚中。從上文的例子就可以看出，電子皮膚技術已經(jīng)發(fā)展到一個相當不錯的階段了，電子皮膚與人類及機器等應用主體的交互也逐漸加深。

　　盡管電子皮膚在技術方面有很大的突破，然而，這一領域卻仍處于初級階段。新加坡材料與工程研究所的皮膚研究人員本杰明·提表示：“我們現(xiàn)在處于非常初期的階段，電子皮膚的現(xiàn)狀就像北大荒一樣”?？茖W家們還在不斷拓荒，新想法不斷產(chǎn)生，就看哪個有像樣的規(guī)格能夠進行大批量且低成本的生產(chǎn)了。

　　從技術上看，電子皮膚已經(jīng)超出了皮膚本身的屬性，為皮膚移植、制造義肢、機器人研發(fā)、可穿戴設備等多個領域搭建了橋梁。不過，電子皮膚在技術上仍有需要改進的地方。例如將電子皮膚移植到人體之前，要考慮皮膚內部的生理功能和結構。電子皮膚與人體中正常的淋巴、肌肉等達到和諧，并接受神經(jīng)系統(tǒng)精準的傳輸，要實現(xiàn)這些都需要進一步的努力。

　　電子皮膚是個神奇的發(fā)明，在諸多重要領域發(fā)揮著重要的作用。但是就目前的情況來看，由于技術上尚處初級階段，電子皮膚還不能夠實現(xiàn)量產(chǎn)，亦無法真正投入使用。想要體驗到這種新型技術，尚需時日。