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皮膚傳感器問世，電子皮膚將擁有人類皮膚觸感
DANBACH ROBOT
襲絲絨長裙、身優(yōu)雅氣質(zhì)，鮑哲南和另外4位女科學(xué)家于日前起摘獲了2017年度“杰出女科學(xué)家獎”。
鮑哲南，美國斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系華人教授，人造電子皮膚的發(fā)明者。正是因為有了她的發(fā)明，假肢使用者又能重新?lián)碛杏|覺。她的研究致力于以電導(dǎo)材料替換傳統(tǒng)聚合物，從而創(chuàng)造具備人體皮膚觸覺功能的電子皮膚。鮑哲南告訴《中國科學(xué)報》記者:“這種皮膚的潛在應(yīng)用即將問世。”
皮膚需要的傳感器
鮑哲南向記者展示了其團隊合成的種彈性體材料，并介紹:“將這塊聚合物裝入電池中，電池內(nèi)部就具備了用于存儲和傳輸鋰離子的所有材料。這種材料硬度很高，但如果用力拉它，又會展現(xiàn)出柔性和延展性。”
鮑哲南團隊研制的材料還具有自我修復(fù)功能，她說:“如果我們切割它，然后再將它們重新放置在起，斷裂的化學(xué)鍵可以重新連接并將材料修復(fù)為個整體。”
鮑哲南團隊研發(fā)的材料不僅是高電導(dǎo)性和高透性的，這類材料還具有彎曲性、韌性和柔性。“我們的材料將來可用于制造柔性顯示器?，F(xiàn)在有些導(dǎo)電材料可替代玻璃甚至塑料，但如果將其彎曲，可能會被折斷或出現(xiàn)裂紋，而我們的材料強度非常高。”她補充道。
“我們始終在柔性電子材料領(lǐng)域?qū)ふ伊钊伺d奮的新機會。”鮑哲南說。早在八九年前，鮑哲南團隊就開始致力于傳感器的開發(fā)工作，包括壓力傳感器和觸覺傳感器。其后，他們還開發(fā)出了溫度傳感器和濕度傳感器。“突然有天，所有的切似乎都匯集起來，我聯(lián)想到這些裝置正是我們的皮膚所需要的傳感器。”
來自柔性電子的挑戰(zhàn)
硅在各行業(yè)的應(yīng)用已有60多年的歷史，尤其對半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻。鮑哲南團隊研發(fā)的目標不是取代硅，而是尋找新的可能性機遇。“這是個美好的夢想，但要夢想成真通常意味著迎接挑戰(zhàn)。”她感嘆道。
鮑哲南不想為她的夢想設(shè)界，而是希望讓夢想走得更遠。“例如，我們的手具有感知和觸摸能力。也許通過我們制造的這些人造皮膚，使我們的手也能‘看見’。”她說，“現(xiàn)在我們只能用眼睛看東西或通過觸摸感知事物，如果我們制造出人造皮膚，也許我們不僅可以靠觸摸感受，甚至可以靠觸摸‘看’東西。”
在不久的將來，鮑哲南的人造皮膚主要應(yīng)用是假肢，它可幫助失去四肢的人恢復(fù)觸覺。鮑哲南希望自己開發(fā)的材料用于可穿戴電子設(shè)備，并完美貼合肌膚，仿若無物。“在某些情況下，我們甚至看不到它，但可穿戴電子設(shè)備可以測量人體或健康狀況，并提供關(guān)于活動和健康狀況的信息。”
鮑哲南想要的電子器件需要模擬人的皮膚的性能，該性能有拉伸性、自修復(fù)性，還有可以生物降解性，而現(xiàn)在的電子器件都是用硬性材料做的，很難實現(xiàn)這些性能。“要做成皮膚樣的電子器件，先要發(fā)明新的材料，也就是要從分子設(shè)計的方面去實現(xiàn)。”
鮑哲南解釋道:“我們需要讓這些材料可以感受，有知覺，有觸覺，可以感受到周圍的溫度和不同的環(huán)境，所以我們設(shè)計了像金字塔樣形狀的傳感器，這個金字塔傳感器具有很高的靈敏度，如果溫度改變，電信號也會改變。”
鮑哲南團隊在研發(fā)柔性材料過程中遇到的較大挑戰(zhàn)是將上述電信號通過神經(jīng)中樞傳輸?shù)酱竽X，然后大腦必須理解這些電信號，所以這些電信號需要有定的傳輸方式和形狀。“那我們還需要設(shè)計些電子電路，將測試到的信號變成大腦可以理解的信號，并且在動物大腦中成功演示。”
在鮑哲南看來，人造皮膚的愿景可以使她戰(zhàn)勝挑戰(zhàn)，夢想成真。
改變?nèi)祟惿畹难芯?br /> “人造皮膚既可以造福人類，也可以大大拓寬柔性電子這個領(lǐng)域，而且有可能顛覆整個電子工業(yè)的發(fā)展前景，所以我選擇了這個方向。”鮑哲南說。
鮑哲南表示:“我做科研的目標并不是得某個獎，而是希望能夠用做出來的研究成果去幫助人類。”
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