東南大學成功研發超屬性電子皮膚

質地功能接近人類真實皮膚，同時可接收輸出電信號……近日，東南大學電子科學與工程學院吳俊教授課題組成功研發出超屬性凝膠電子皮膚，使它擁有像人類一樣的觸覺感知系統。相關成果已于國際著名學術期刊《ACS Nano》在線發表。

柔韌、濕潤、略帶粘性，摸上去類似人類皮膚……在吳俊課題組的實驗室內，記者現場看到了一小片這種“類人”電子皮膚。就是這樣一片薄薄的膜狀物，也許在未來可以覆蓋在機器人表面，使之擁有類似人類的觸覺感知系統。

據吳俊介紹，所謂電子皮膚，是指具有人體皮膚柔軟、可拉伸、可感知多重信息等形態功能的人造柔性傳感器。“最理想狀態，是能夠像人類皮膚一樣，對不同接觸壓力背后的信息進行收集和分析，并給予準確的反饋。”

“人類皮膚看似普通，但其歷經千萬年進化而來的卓越修復力和功能性，是多少年來科學界窮盡手段追逐的目標。”吳俊告訴記者，在電子皮膚的研發中，始終面臨三道“關卡”。

“一方面，利用工程材料制造的人造皮膚，其穩定性不如人類皮膚。所幸經過各學科科學家多年的努力，這方面已看到了希望。”吳俊表示，通過對材料的改性、結構的設計，可顯著提高單個功能的穩定性。

穩定性提高后帶來的第二個問題，是如何能讓電子皮膚擁有多種傳感功能。“薄薄的人體皮膚，除了對溫度、濕度、壓力有高度感知力外，對高頻壓力、低頻壓力也有快速分析能力，并且具有抗菌、自愈等屬性。如何讓電子皮膚也能像這樣集成多種功能和屬性，這次課題組發表在《ACS Nano》上的論文，可以說在這個方面邁出了一小步。”吳俊解釋。

該論文第一作者、東南大學電子科學與工程學院博士研究生段升順告訴記者，研究團隊是基于多材料異質改性蠶絲蛋白體系，首次提出了全皮膚理化(可修復、可降解、弱酸抑菌性、防火性)-電(壓力、溫度、濕度、應變、接觸感知)復合功能屬性的電子皮膚。

“以蠶絲蛋白材料的柔軟質地為基礎，添加具有吸水特性的鈣離子，以及呈弱酸性、有抑菌作用的氫離子，讓這種‘類人’皮膚不僅具備了修復、拉伸、可重構能力，同時在柔性和剛性上，也有了可調節性。”段升順給記者仔細展示了電子皮膚的質地。“電子皮膚破了‘皮’，沒有人為干預的情況下，基本一分鐘左右就可自行愈合。而剛性的可調節性，則讓電子皮膚允許被機械切割塑形，有了量產應用的可能。”

同時，通過添加對環境刺激比較敏感的二維納米材料，使電子皮膚擁有對溫度、濕度、壓力等多種刺激源的響應體系。“在手指關節處貼上這樣的電子皮膚，連接到電腦，就可以完成人機手勢交互系統。”段升順對此解釋道。

“當電子皮膚有能力分別感知到多種刺激源后，如何將多種信息進行解耦、并進一步融合，就是下一個課題。”吳俊打了個比方，當人類皮膚感知到不同壓力、溫度、濕度的觸碰時，即使蒙上眼睛，我們也大致可以判斷這個觸碰來自什么物質，再分析觸碰帶有什么樣的情緒或者信號。

“這個難題就需要信息學、生物學等多學科的介入，甚至對算法都要求甚高。但我們相信，解決這一棘手問題的方案，將成為人機界面復雜多功能仿生應用的核心技術，以及下一代電子皮膚的革新成果。”吳俊透露，課題組正在攻克這一難關。