中新網(wǎng)南京3月30日電(記者 申冉)質(zhì)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(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院吳俊教授課題組成功研發(fā)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(tǒng)。相關(guān)成果已于國際著名學(xué)術(shù)期刊《ACS Nano》在線發(fā)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(nèi)，記者現(xiàn)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(jī)器人表面，使之擁有類似人類的觸覺感知系統(tǒng)。
據(jù)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(tài)功能的人造柔性傳感器。“最理想狀態(tài)，是能夠像人類皮膚一樣，對不同接觸壓力背后的信息進(jìn)行收集和分析，并給予準(zhǔn)確的反饋。”
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“人類皮膚看似普通，但其歷經(jīng)千萬年進(jìn)化而來的卓越修復(fù)力和功能性，是多少年來科學(xué)界窮盡手段追逐的目標(biāo)。”吳俊告訴記者，在電子皮膚的研發(fā)中，始終面臨三道“關(guān)卡”。
“一方面，利用工程材料制造的人造皮膚，其穩(wěn)定性不如人類皮膚。所幸經(jīng)過各學(xué)科科學(xué)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(jié)構(gòu)的設(shè)計，可顯著提高單個功能的穩(wěn)定性。
穩(wěn)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(fā)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(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生段升順告訴記者，研究團(tuán)隊是基于多材料異質(zhì)改性蠶絲蛋白體系，首次提出了全皮膚理化(可修復(fù)、可降解、弱酸抑菌性、防火性)-電(壓力、溫度、濕度、應(yīng)變、接觸感知)復(fù)合功能屬性的電子皮膚。
“以蠶絲蛋白材料的柔軟質(zhì)地為基礎(chǔ)，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(fù)、拉伸、可重構(gòu)能力，同時在柔性和剛性上，也有了可調(diào)節(jié)性。”段升順給記者仔細(xì)展示了電子皮膚的質(zhì)地。“電子皮膚破了‘皮’，沒有人為干預(yù)的情況下，基本一分鐘左右就可自行愈合。而剛性的可調(diào)節(jié)性，則讓電子皮膚允許被機(jī)械切割塑形，有了量產(chǎn)應(yīng)用的可能。”
同時，通過添加對環(huán)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(yīng)體系。“在手指關(guān)節(jié)處貼上這樣的電子皮膚，連接到電腦，就可以完成人機(jī)手勢交互系統(tǒng)。”段升順對此解釋道。
“當(dāng)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(jìn)行解耦、并進(jìn)一步融合，就是下一個課題。”吳俊打了個比方，當(dāng)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(zhì)，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(xué)、生物學(xué)等多學(xué)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(jī)界面復(fù)雜多功能仿生應(yīng)用的核心技術(shù)，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(guān)。(完)
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