多伦多大学开发出神奇人造离子皮肤 弹性超真人皮肤可拉伸400％不断裂

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多伦多大学工程学院的研究人员开发出一种弹性超大、透明和自供电的传感器，可以记录人类皮肤的复杂感觉。

这种传感器被称为人造离子皮肤(简称AISkin)，研究人员认为，AISkin的创新特性可能会造福可穿戴电子设备、个人保健和机器人技术的未来发展。

“由于它是水凝胶，因此价格低廉且生物相容性叫好，你可以将其涂在皮肤上而没有任何毒性作用。它还具有很好的粘合性，不会脱落，因此这种材料的用途很多。” Xinyu Liu教授说，他的实验室专注于离子皮肤和软体机器人的新兴领域。

AISkin由两片带相反电荷的可拉伸物质制成，这些物质称为水凝胶。通过覆盖负离子和正离子，研究人员在凝胶表面上创建了所谓的“传感结”。

当AISkin经受应变、湿度或温度变化时，它会在传感结点上产生受控的离子运动，而这些离子运动可以通过电压或电流等电信号进行测量。

“如果你观察人类皮肤，我们是如何感测热量或压力，我们的神经细胞会通过离子传输信息，这与人造皮肤并无太大区别。” Xinyu Liu教授说。

AISkin还具有独特的韧性和可拉伸性。 “人类皮肤可以拉伸约50%，但我们研发的AISkin可以拉伸至其长度的400%而不会断裂。”访来自麦吉尔大学的访问博士候选人Binbin Ying说，，他在Xinyu Liu的实验室领导该项目。研究人员最近在《材料视野》中发表了他们的研究。

Liu补充说，新的AISkin可以为可测量多个身体参数的类似皮肤版的Fitbits打开门，或者是一种可以粘在手上的触摸板。 “这可能适合想要衡量训练严格程度的运动员，或者它可能是用来玩游戏的可穿戴触摸板。”

它还可以测量肌肉康复的进度。Liu说：“例如，如果将这种材料置于患者手部康复的手套上，医护人员将能够监测其手指弯曲的动作。”

另一个应用是在软体机器人中——完全由聚合物制成的柔性机器人。一个例子是工厂中用于处理诸如灯泡或食物之类的易碎物品的柔软的机械手。

研究人员设想将AISkin集成到软体机器人上以测量数据，无论是食物温度还是处理易碎物体所需的压力。

明年，Liu的实验室将专注于进一步增强其AISkin，旨在通过微细加工缩小AISkin传感器的尺寸。 他们还将为材料增加生物传感功能，从而使它能够测量汗液等体液中的生物分子。

“如果我们进一步推进这项研究，我们可能会像'智能绷带'一样戴上它。” Liu说，“伤口愈合需要透气性和水分平衡——离子皮肤感觉就是下一步。”

对于人造皮肤，科学家们有多诸多想象。去年，EPFL的科学家们也开发出一种柔软的人造皮肤，这种皮肤能够提供触觉反馈，并且由于一种复杂的自我感知机制，有可能在瞬间适应佩戴者的动作。

这是一种由硅树脂和电极组成的柔软且灵活的人造皮肤。皮肤的软传感器和执行器系统使人造皮肤能够符合佩戴者手腕的精确形状，并以压力和振动的形式提供触觉反馈。应变传感器持续测量皮肤的变形，因此触觉反馈可以实时调整，产生尽可能真实的触觉。

这种人造皮肤含有柔软的气动执行器，它形成了一层薄膜，可以通过将空气抽进去而充气。执行器可以调整到不同的压力和频率(最高100赫兹，或每秒100脉冲)。当膜层迅速膨胀和收缩时，皮肤会振动。传感器层位于膜层的顶部，包含由液-固镓混合物制成的软电极。

这些电极连续测量皮肤的变形，并将数据发送给微控制器，微控制器利用反馈来微调传递给佩戴者的感觉，以响应佩戴者的动作和外部因素的变化。虽然不像本文中的离子皮肤可以拉伸到原来长度的400%，但这种人造皮肤可以拉伸到原来长度的四倍，最多可以拉伸一百万次。

原文出处：https://techxplore.com/news/2020-01-skin-like-sensors-human-wearable-tech.html