未来的可穿戴主角—电子皮肤

未来的可穿戴主角—电子皮肤智能可穿戴健康设备近几年来引领了医疗潮流，特别是可穿戴医疗设备，对于实时监测身体健...

智能可穿戴健康设备近几年来引领了医疗潮流，特别是可穿戴医疗设备，对于实时监测身体健康情况，为使用者提供准确、实时的身体数据，起到决定性的作用。在可穿戴领域，如何进化，如何进一步提升技术水平，一直是医疗研究工作者的目标。

近年来，柔性，超薄，低成本，低功耗，已经成为可穿戴电子设备关注的焦点。而电子皮肤，因其贴合人体，无疑在穿戴舒适度、柔性方面，具有明显的优势。

近日，日本东京大学的研究人员研制出一种新型的电子皮肤（oe-skins）。这种新型电子皮肤的厚度只有3微米，具有耐用和可弯曲的特性。此外，研究人员在电子皮肤中加入了一种有机高分子发光二极管（PLED），使得这种超薄的电子皮肤转化为“电子显示屏”，并让它看起来像一个纹身。



尽管这种新型皮肤目前只能测出用户的血液氧浓度，不过，研究人员正在进行下一步研发，他们希望这款皮肤在未来可以实现让用户得知自己的健康数据。届时，电子皮肤这种无缝穿戴技术就可替代当前的智能手表等可穿戴技术了。

电子皮肤面临的技术挑战

oe-skins需要足够薄，柔软，可拉伸，这样才能佩戴舒适，并且需要足够耐用，从而来保持功能性的持续。研究人员需要这些功能点之间保持一种平衡。许多的电子皮肤的开发项目，使用毫米级的玻璃或塑料基板，这样就需要在柔韧性方面做出妥协。当使用微米级的厚度，可能无法稳定工作几个小时。

应对挑战的可行性技术方案

但是，东京大学工学的科学家们，声称他们战胜了这些挑战，制造了3微米厚度的显示设备，并且可以在几天内保持功能性。



他们的方案关键是一种防护性的胶片，厚度少于两微米，保护显示设备免受空气中的氧气和水蒸气的伤害。研究人员使用硅氧氮化物和一种叫做聚对二甲苯的聚合物，来交替的形成保护层。在内部，他们在一个非常薄的基片粘上一个透明的氧化铟锡电极，和有机光电探测器和聚合物发光二极管(PLEDs)，称效率是之前开发的超薄PLEDs六倍。

生成的e-skin的厚度是3微米，在皮肤上具有适度抵抗自然运动损耗的能力。团队通过红色和绿色PLED的光电探测器，来追踪和显示血氧等级。团队希望拓展这种设备的功能性，同时具有几种健康相关的功能，像其他穿在皮肤上柔性电子设备，能够检测例如褥疮，皮肤干燥和心血管健康。电子皮肤在医学领域的作用：皮肤移植、制作假肢

电子皮肤，是一种可以让机器人产生触觉的系统。其结构简单，可被加工成各种形状。能像衣服一样附着在设备表面，能够让机器人感知到物体的地点和方位以及硬度等信息。电子皮肤能够模拟、还原甚至取代机体皮肤。正因为这些特性，电子皮肤在诸多领域都发挥着重要的作用。

首先想到的就是医疗方面。在各国研究人员的努力下，超仿真电子皮肤正在逐渐得以发展。早在2003年，东京大学的研究团队就已利用并五苯这种低分子有机物制成薄膜，并在其中密布压力传感器，使电子皮肤拥有了感知压力的功能。

两年之后，这一团队又在电子皮肤中分别嵌入了两组能够感知压力和温度的晶体管，在晶体管电线交叉点使用微传感器记录电流的起伏状况，由此可以判断出日常温度和感知到超过300g/c 的压力。最棒的是，这种电子皮肤的成本极为廉价，是100日元/ （约合1美元）。

无独有偶，美国加州大学伯克利分校的研究团队设计出了由聚合树脂和敏感橡胶覆盖锗硅混合纳米线制成的电子皮肤。这种皮肤更为敏感，可感知50g以下的细微压力。

英国剑桥大学的研究人员则尝试着将能够随意拉伸变形的电路移植到透明的弹性硅胶上，希望赋予电子皮肤更多类似于人类皮肤的物理特性。这种皮肤能够包裹四肢和手臂，并有望应用在皮肤移植方面。

此外，电子皮肤还可被用于假肢的制作。应用了电子皮肤的义肢能够与人类的真实肢体更加接近，让患者有更多复杂的知觉。可以说，电子皮肤为患者带去了福音。电子皮肤为智能领域带去革命：未来或取代可穿戴设备

除了医疗领域外，电子皮肤将为智能机器人领域带去一场革命。目前的机器人不仅能够实现简单的动作，甚至能够替代人类做一些工作。然而，皮肤恰恰是在机器人技术的研发中最不易被注意的部分。因此，机器人往往难以感知复杂的三维触觉力度，不能体会拿起乒乓球与苹果所需力量的差异。

对于这一难点，电子皮肤则可以很好地进行解决。电子皮肤拥有良好的压敏特性及柔韧性，既能够赋予机器人敏感的触觉，又能改善其机械笨重的动作，增强机器人的灵活性。

当前，可穿戴设备极为火热，在这一领域中，电子皮肤也有机会大显身手。比如可以将电子皮肤与智能手表及腕带相结合，只需将电子皮肤输出的电学图形信号稍作分析，就可实现“智能把脉”。科学家们还设想可以在设备中植入电子皮肤用以监测咽喉部位的肌肉运动产生的微弱压力，从而将变压信号转化为语音，让聋哑人拥有“传声筒”。

日本此次研发的PLED电子皮肤则能够进一步实现可穿戴设备的功能。当感知到电脉冲时，其上的灯可以通过PLED的不同排列显示出更加复杂的信息，如字母或数字。这款电子皮肤外面有钝化层的保护，能够使电子皮肤免受氧气和水蒸汽的入侵，延长发光时间。同时，它比同类产品产生更少的热量并消耗更少的电量。

随着对电子皮肤研究的进一步深入，拥有更强韧性和更小电阻率的石墨烯、碳纳米等更多的尖端材料被发现能够应用于电子皮肤中。我国的研究人员就使用碳纳米管传感器制成了高灵敏度的电子皮肤，它甚至连20毫克重的蚂蚁都能够感受得到。

作为一种可以覆盖甚至嵌入人体的技术，电子皮肤在未来或能取代可穿戴设备。到时候患者不需再佩戴着繁多的监测设备来跟踪血压、心率等一系列指标，一块电子皮肤就能统统搞定。

【来源】互联网

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