美国科罗拉多大学波尔得分校开发出新型“电子皮肤”!

近日,美国科罗拉多大学波尔得分校研究人员开发出一种新型“电子皮肤”,它具有延展性,可自我修复,可完全回收,可应用于一系列领域,例如:机器人、义肢、生物医电装置。

电子皮肤是一项新兴的前沿技术,也称为“e-skin”,它由轻薄、半透明、弹性的材料制成,可以模仿人类皮肤的功能和机械特性。时下,科学界越来越多地注意到电子皮肤在医疗、科学和工程等领域的价值,因此全球许多的科研实验室都在开发各种各样的电子皮肤。之前的文章中,笔者也介绍过有关电子皮肤的多个创新成果。

1)日本东京大学开发出一种光电子皮肤(oe-skins),它耐用、可弯曲的、轻薄(厚度只有保鲜膜的四分之一),可穿戴在皮肤上显示血氧等级。

2)沙特阿卜杜拉国王科技大学扭动的智能线,可以编织进压敏的“电子皮肤”,可以用于新式衣服,机器人和医学假肢。

3)中国哈尔滨工业大学的研究人员研制出一种带有毛发的电子皮肤,它不仅能够检测空气流动,还能够检测材料性能,而且也具有很好的抗损伤力,在智能机器人和环境感知等方面有着巨大的应用潜力。

4)韩国和美国科学家领导的国际科研团队开发出一种新型电子皮肤微系统,它可以监测心率、呼吸、肌肉运动和其他健康数据,并可将数据无线发送至智能手机。相对于现有的健康追踪器,这种电子皮肤的独特之处在于“三维布局”,使得它的柔性更好、尺寸更小。

5)中国华中科技大学的研究人员开发出一种由警报水母启发的电子皮肤,如果给它施加的压力足以引发伤害,它就会发光。

近日,美国科罗拉多大学波尔得分校研究人员开发出一种新型“电子皮肤”,它具有延展性,可自我修复,可完全回收,可应用于一系列领域,例如:机器人、义肢、生物医电装置。

科罗拉多大学波尔得分校的助理教授 Jianliang Xiao 与该校化学和生物化学副教授 Wei Zhang 一起合作领导了这项研究。这项研究的相关论文发表于《Science Advances》杂志,论文的合著者包括:机械工程专业的Zhanan Zou 和 Yan Li、化学和生物化学专业的Chengpu Zhu 和 Xingfeng Lei。这项研究受到了美国国家科学基金会的一部分赞助。

Xiao 表示,科罗拉多大学波尔得分校研发的这种新型电子皮肤中嵌入了传感器,这些传感器可以测量压力、温度、湿度和气流。这种电子皮肤含有新型共价键动态网络聚合物:聚酰亚胺(polyimine),连接着银纳米颗粒,因此具有更好的机械强度、化学稳定性和导电性。

Zhang 说,许多人都熟悉电影《终结者》,电影中大反派的皮肤,在受到枪击、打击和撞到后,几秒钟内就可以自我愈合。但是这种新工艺赶不上电影的效果,电子皮肤以及传感器受伤或者断裂后的愈合,需要使用处于乙醇中的三种商用成分。

科罗拉多大学波尔得分校开发的这种新型电子皮肤另外一项优势就是,通过向它施加适度的热量和压力,而无需过度的压力,它就可以轻易地贴合到弯曲的表面上,例如人体手臂和机器手。

为了回收皮肤,该装置被浸泡到可回收的溶液中,让聚合物可以降解为低聚物(通常是指聚合度低于10的聚合物)和单体(可以连接在一起形成聚合物的小型分子),它们可以溶解于乙醇中。而银纳米颗粒下沉到溶液的底部。

Xiao 表示:“然后,这种可回收的溶液和纳米颗粒可用于制造新的功能性电子皮肤。”

Xiao 表示:“这项研究独特之处,我们使用的聚酰亚胺的化学键使得电子皮肤可以在室温下自我愈合并完全可回收。全世界范围内每年产生几百万吨的电子垃圾,我们的电子皮肤的可回收性将带来很好的经济和环境效益。”

Zhang 表示:“比如,你想要一个机器人照顾婴儿,你就可以将电子皮肤集成到机器人手指上,让它可以感知婴儿的压力。这个创意旨在通过具有期望功能的电子皮肤,尝试模拟生物皮肤。”

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