灵敏电子皮肤“触”手可及
2014-01-02 10:25:55   来源：微迷   评论：0   点击：

皮肤是人体最大的器官，如果它受到重大创伤，以往人们只能进行痛苦的真皮移植。而近年来，多国研究人员各自开发出触感细微的电子皮肤。用人造电子皮肤取代真皮移植，或许将在不久后成为现实。除了医学植皮，电子皮肤也有望在机器人设计、可穿戴设备等领域发挥重要作用。

植皮患者的福音：跟“切肤之痛”说再见

“割肉补疮”在古代的亚洲和欧洲有近2500年的历史，但鉴于当时的医疗和麻醉水平，这更像是一种酷刑。而现代植皮手术最早出现在19世纪末。

数据显示，现在全世界每年接受皮肤移植的患者人数接近20万，存在不可恢复性皮肤创伤且尚未接受植皮手术的患者总数超过400万。

对皮肤组织的不可修复性损坏，考虑到身体的排斥性反应，植皮几乎是患者的唯一选择。医生主要靠切取患者自身或他人皮肤进行移植，患者难以忍受疼痛不说，身体的取皮部位还会留下新的创痕，身体和心灵的创伤往往难以磨灭。

此外，大面积皮肤损伤患者的植皮来源也是问题。移植后的皮肤十分脆弱，还存在触觉减弱、免疫力下降等后遗症。在多国科学家的努力下，超仿真电子皮肤模型正在成熟。如果投入人体试验，无疑将是患者的福音。

可感知20毫克蚂蚁的重量

电子皮肤模拟、还原甚至取代机体皮肤，首先要具备感觉和触觉，即与人体皮肤一样感知不同外界压力、畅通传导触觉信号的最基本功能。

早在2003年，日本东京大学的研究团队就利用低分子有机物——并五苯分子制成薄膜，通过其表面密布的压力传感器，实现电子皮肤感知压力。

时隔两年，该研究团队又在特殊塑料薄膜中重叠嵌入分别感知压力和温度的两组晶体管，在晶体管电线交叉的位置使用微传感器记录电流起伏，可感知日常温度和每平方厘米300克以上的压力。此外，这种电子皮肤成本相当低廉，每平方米只需100日元(约人民币7.4元)。

美国加州大学伯克利分校研究团队设计出一种由聚合树脂和敏感橡胶覆盖锗硅混合纳米线制成的皮肤，可感知50克以下的细微压力。

随着尖端材料科学的发展，石墨烯、碳纳米等特殊材料因超轻薄、韧性强、电阻率小等优良特性，被科学家认为是电子皮肤的优良“基底”。例如，由我国研究人员使用碳纳米管传感器制成的高灵敏度皮肤，甚至可感知20毫克蚂蚁的重量。

英国剑桥大学的研究人员正尝试将随意拉伸和变形的电路移植到透明的弹性硅胶上，力图赋予电子皮肤更多近似人体皮肤的物理特性。按照设计，这种电子皮肤可包裹四肢与手臂，有望应用于皮肤移植。

助力机器人设计、可穿戴设备等多领域

随着相关技术的进一步发展，电子皮肤正在超越皮肤本身的属性，它将不只被应用在医学领域，如同3D打印、大数据等创新科技成果一样，电子皮肤可能为某些领域带来质的改变。从技术趋势来看，电子皮肤为假肢制造、机器人设计、可穿戴设备等领域搭起了桥梁。

目前，即便世界上最逼真、最仿生的义肢，也难以实现触觉的突破。具有触感能力的电子皮肤，却完全能使假肢理解触摸、弯曲或按压等动作，帮助配有假肢的人恢复感觉。

电子皮肤也可能会推动智能机器人研发领域的革命。作为近年来的一大科技热点，很多智能机器人设计虽早已实现视觉和听觉等功能，并能进行一些复杂的技术操作，但皮肤恰恰是其技术研发中容易被忽视的部分，这直接导致机器人身上笨重的“盔甲”往往难以检测多方向的触觉三维力，难以体会拿起一个苹果和一个杯子所需力量的差异。

具备良好压敏特性和柔韧性的电子皮肤既能帮助智能机器人敏感获知环境信息，又赋予了它们机械灵活性。

对引导未来IT潮流的可穿戴设备，电子皮肤也大有可为。作为一种可嵌入或覆盖人体的设备，未来不需要给慢性病患佩戴电子监视设备来跟踪心率、血压、血糖等指标，电子皮肤本身就能作为人体健康最好的指示标。例如电子皮肤可以与智能手表和腕带等结合，只需要把它输出的电学图形信号加以比对分析，就能实现“智能把脉”。科学家还设想，利用装有电子皮肤的设备监测咽喉部肌肉运动产生的微弱压力变化，完全可将压力变化信号转化为语音，为聋哑人群充当“传声筒”。

然而，电子皮肤真正移植于机体前，还要考虑皮肤内部的生理功能与结构问题。电子皮肤如何才能与周围正常皮肤的神经、肌肉、淋巴及腺体等和谐共生?如何将感知的触觉反馈给神经细胞，并接受神经精确无误的指令传输？这都是科学家们下一步努力的方向。