电子皮肤 E-Skin
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项目背景
下一代可穿戴设备将不同于过去的刚性设备, 可拉伸柔性传感器将改变我们跟踪生物信号的方式，即使在医生不在场的情况下，也能提供连续和精确的医疗监测。这种研究需要能够快速轻松地测试材料、更改设计和原型化非传统器件构造因素。使用溢鑫科创公司的柔性微电子直写设备意味着研究人员可以摆脱丝网印刷局限, 每天可制作很多个设计原型及快速器件制备, 实现所想即所得。
“我们必须根据实验改变设计，所以之前我们使用了需要印刷网板的丝网印刷工艺，但反馈效率非常缓慢。有了这台设备，我们可以非常快速提高打印效率。”
- Dr. Naoji Matsuhisa, Postdoctoral Researcher, Bao Research Group at Stanford University
据《The Stanford Daily》-斯坦福日报报道，“鲍哲南教授组的电子皮肤在过去19年里已经从感知手部抓握、血压、神经化学物质和脑电波发展而来，现在也可以实现自我修复和生物降解。”斯坦福大学的鲍哲南组正在彻底改变世界对电子产品的思考和使用方式，他们的实验室里有一台溢鑫科创柔性微电子直写设备制备各类柔性可穿戴电子，他们正在取得显著进展——One research project at a time.
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文献解读
阅读原文：
https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.ade0086
关键词：
皮肤电子E-Skin, 可拉伸可自愈性, 柔性可穿戴传感器，柔性微电子直写工艺
该研究开发的电子皮肤E-skin具有单片集成、低电压和柔软等优良特性，可以模仿手指、脚趾或四肢在被戳或烫伤时的感觉。将人类皮肤的传感和所有所需的电气和机械特征结合在一起的柔性、耐用的仿生皮肤形式，可用于下一代假肢皮肤和创新的人机界面，以提供类似人类的触觉，使截肢者或皮肤受损的人重新拥有触觉、痛觉和温度感知，触摸世界、感受世界。
想要复刻天然皮肤的这些功能，电子仿生皮肤需要有传感器和集成电路。遗憾的是，这些电子元件通常由刚性半导体制成，且只能在高电压下工作，这对于可穿戴设备来说在便捷性和安全性上存在很大的不足。长期以来，鲍哲南教授团队一直在尝试制造一种柔软且弹性的仿生皮肤，它可以向大脑传输电信号，让佩戴者“感受到”压力、张力或温度的变化。在这项最新研究中，为了制造完全柔软的电子皮肤，团队开发了一种柔性聚合物作为电介质，用于半导体设备中的薄层，它决定信号的强度和运行设备所需的电压。
团队用电介质制造出有弹性的、灵活的晶体管阵列，并将其组合成一个像皮肤一样薄而柔软的传感器。传感器可将物理变化，如施加的压力或温度变化，转化为电脉冲；与此同时，团队还制造了一种可以将电信号从神经传输到肌肉的装置，模拟神经系统中称为突触的连接。
并在小鼠身上测试了该系统，此电子皮肤通过一根电线连接到小鼠的体感皮层—大脑中负责处理身体感觉的部分；当电子皮肤被触摸时，会向大脑发送电信号，然后通过人造突触传递到小鼠腿部的坐骨神经，导致肢体抽搐；结果显示，这种类型的电子皮肤可用于遭受重大伤害或有感觉障碍的人。鲍哲南教授表示，从长远来看，他们希望开发一种侵入性较小的系统——无要植入大脑而只需要植入周围神经系统，无疑更安全且患者接受度更高。
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结论展望
目前，这种电子皮肤还须连到外部电源，但鲍哲南教授希望最终能开发出一种无线设备，并获得更多突破，例如开发出覆盖手部所有手指并对触摸、温度和压力做出反应的皮肤。尽管如此，拥有一个从感受到中枢神经再到肌肉运动的电子皮肤还是非常令人兴奋的；团队的这项研究在很大程度上是对一个概念的证明，是将科幻写入现实的前言，是向前迈出的重要一步。
更有趣的是, 这项研究还可以用于突破人类极限,如创造一种使大拇指和小姆指能够感知不同事物的皮肤,为特定的大脑区域量身订造一款仿生皮肤,从而在特殊作业中实现更高的灵敏度和精确度,这些都将增加这项技术在未来的实用性。
相关工艺及技术
相关资源及文献链接●●
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