本文转载自雷锋网大家可能都听说过“黑科技”这个词。据百度百科介绍，“黑科技”一词起源于日本编剧何东兆基所著的轻小说《全金属狂潮》。在我们日常语境中，“黑科技”指的是人类无法实现或根本无法生产的技术和产品，或者现实中“不为人知”的新硬件、新软件、新技术、新技术。科技、新材料等知乎上有个问题：你知道的最“黑”的黑科技是什么？有人认为是殖民火星时可以使用的“人工光合作用”技术；吸收99.96%光线的新材料，可以说是“黑”到不见了；还有人提到，一种模仿动物皮肤的柔性、可伸缩、可自我修复的电子产品——“电子皮肤”应该有一个名字。“电子皮肤”究竟能做什么？雷锋网注意到，电子皮肤有两种含义。首先，在人工假肢、医学检测和诊断方面，它可以辅助假肢理解触摸、弯曲或按压等动作，帮助假肢群体恢复对外界的真实感知。这就像人造皮肤领域的“材料大师”、化学家、斯坦福大学化学工程系主任鲍哲南，在投身电子皮肤领域时：让人类更人性化.（让人类更人性化。）第二，电子皮肤可以应用到机器人身上，提高机器人的灵活性和延展性，甚至可以让机器人像人类一样对疼痛做出反应。【中科院半导体所研制的超薄柔性电子皮肤阵列】那么，这项黑科技经历了怎样的蜕变？目前的发展水平如何？就在近日，知名学术期刊《自然》的“技术专题”栏目中，一篇题为Electronicskin:fromflexibilitytoasenseoftouch（电子皮肤：从柔性到触感）的文章对电子皮肤进行了综述。最新的发展和转型历史。本文对这份盘点进行梳理。或许通过下面的文字，我们对电子皮肤黑科技的认识会更加立体。东京大学TakaoSomeya团队：电子皮肤的初步实践事实上，电子皮肤的研究起源于电子阅读器和曲面电视中的元件，而对这些元件的研究致力于柔性碳的研究——基于导电的分子或聚合物。科学团队。从广义上讲，有机电子领域的研究人员旨在研究用于显示和照明的有机发光二极管、用于显示基板和大面积电子器件的晶体管以及用于太阳能收集的光伏电池。在某种程度上，所有上述设备都将受益于其形式的灵活性。如何实现所谓的“形式的灵活性”，研究人员将目光投向了我们今天常说的可穿戴电子产品。研究人员最早在2004年做出了成功的实践。当时，日本东京大学工学部电气电子工程系教授染谷隆雄及其团队发表了一项研究成果。根据该论文，该团队开发了一种8厘米x8厘米的软机器人皮肤贴片，由多层高性能、压敏聚酰亚胺塑料、有机半导体并五苯（pentacene）和多层金、铜电极制成，构建了一个32×32微型压力传感器阵列。即使缠绕在4毫米厚的圆柱形杆上（如柔性电路板），电子皮肤也能确保不间断的电流。TakaoSomeya说：“我们使用了有源矩阵，并制作了为柔性显示器开发的驱动电路，这赋予了机器人以前从未有过的东西：触觉，对压力做出反应的能力。”第二年，TakaoSomeya的团队将相对坚硬的聚酰亚胺聚合物纺成线，然后纺成网，从而使电子皮肤富有弹性和舒适感。西北大学约翰·罗杰斯团队：用电子皮肤抗击疫情说到抗击新冠疫情，你可能很难想象材料科学家也走在最前线。1995年，美国材料科学家、物理化学家约翰·A·罗杰斯获得博士学位。麻省理工学院物理化学专业。1997年加入贝尔实验室凝聚态物理研究部，后进入伊利诺伊大学香槟分校，成为工程系创始人。人们。今天，西北大学材料科学与工程、生物医学工程和神经外科教授约翰·A·罗杰斯(JohnA.Rogers)领导着一个研究团队，专注于开发柔软、有弹性的类皮肤材料。2019年11月，约翰·A·罗杰斯(JohnA.Rogers)团队发表了研究成果，展示了可连接蓝牙的聚合物电路设备。将设备放置在喉咙底部的凹陷处可以实时监测生命体征，例如言语和心率，或者为中风患者提供言语治疗。2020年新冠疫情肆虐期间，这款电子皮肤定制设计，应用于美国芝加哥早期病毒筛查和疾病监测。事实上，约翰·A·罗杰斯(JohnA.Rogers)是世界上最多产的可穿戴皮肤电子产品研究人员之一。据西北大学官网介绍，他已发表论文750余篇，发明专利100余项。约翰·A·罗杰斯团队的电子皮肤已在世界范围内使用，例如监测早产儿的生命体征和运动员的水合作用；使机器人获得更微妙的、类似人类的触觉。剑桥大学GeorgeMalliaras团队：实现电子皮肤可穿戴设备有两大挑战，一是工程师如何解决化学问题，二是化学家如何解决工程问题。这一观点来自英国剑桥大学生物电子学教授GeorgeMalliaras。在他看来，保持电极和人之间的接触并不容易，因为皮肤会随着人的移动而伸展、折叠和弯曲。为了固定电极，实际上可以使用凝胶，但由于凝胶是一种会随着时间变干的水溶液，因此其稳定性存在问题。为此，GeorgeMalliaras的团队想到了另一种可能的解决方案——离子液体。原因是离子液体由常温下呈液体的盐类组成，蒸发缓慢，导电性好。2014年，GeorgeMalliaras的团队将一种名为1-ethyl-3-methylimidazoliumethylsulfate的离子液体与聚合物结合，创造出一种能够容纳金电极和导电聚合物的凝胶。器件的电气性能可保持3天。值得一提的是，东京大学TakaoSomeya团队指出，GeorgeMalliaras团队设计的装置会阻挡汗液，阻碍空气交换，让人佩戴时感觉不舒服；它也很脆弱，不能长期使用。为此，2017年，TakaoSomeya的团队想出了一个多孔传感器的想法，使用厚度仅为300-500纳米的金纤维网，包括意大利面条状的聚乙烯醇（PVA）网状物和黄金电路图案。这种电子皮肤弹性好，透气性好，佩戴起来用户甚至感觉不到。斯坦福大学鲍哲南团队：让传感器在体内工作几个月前的腾讯科学WE大会上，人造皮肤领域的“材料大师”、著名化学家、系主任鲍哲南斯坦福大学化学工程博士，在演讲中谈到了实现人造皮肤的三大挑战和相应的重大突破：首先，所使用的电子材料必须做到像皮肤一样柔软，像皮肤一样可伸缩，甚至可以自我修复和可生物降解。其次，人造皮肤需要真正感受到压力和温度，能够对不同的物体有细腻的感觉。第三，人造皮肤的信号需要能够与人体融合。事实上，在电子皮肤领域，鲍哲南教授是小有名气的。与上述大牛的研究思路不同，他们的团队并没有创造出传感器，然后让它们与皮肤相容——他们采用分子的方法，从一开始就考虑到电子皮肤的柔韧性，设计有机聚合物和电子元件。正如鲍哲南所说：我们从分子层面来设计它们，让类皮肤的特性成为新材料的固有特性。例如，该团队开发了一种原型，可以感知汗液中的荷尔蒙变化，特别是皮质醇水平的变化，这是一种重要的压力指标，可用于帮助理解焦虑和抑郁。同时，这个原型还可以用来制作植入人体的有机电子设备，帮助修复受损的神经。具体来说，鲍哲南的团队使用了一系列具有不同导电性能和生物降解能力的聚合物来制造电子皮肤。早在2010年，他们就使用弹性聚合物PDMS开发了一种皮肤，可以检测压力的微小变化以模仿触觉。该团队将这项技术融入了一种特殊的手套中，戴上手套后，可以轻轻按压覆盆子而不会压碎它们。此后，鲍哲安进一步开发了这项技术：让传感器在体内工作。2019年，鲍哲南的团队推出了一种可降解的无线传感器，可以包裹在血管周围，持续监测手术后的血流情况。为了读出信号（血液脉冲通过动脉时电容的变化），研究小组在皮肤附近安装了一个外部线圈，该线圈向远程接收器发送无线电信号。此后的目标是让这些传感器覆盖身体的更多部位，同时保持细胞分辨率。写在最后当然，以上研究成果可能代表了电子皮肤领域最前沿的成果，但全球科学家在该领域的努力绝不仅限于此。监测囊性纤维化患者的汗液生物标志物、检查皮肤病患者的皮肤水合作用、评估黑色素瘤患者的紫外线照射、跟踪皮肤和假肢之间的压力和温度，以及更多突破。值得注意的是，尽管近年来电子皮肤发展迅速，但科学家们仍面临着重大的化学和工程挑战，期待下一次突破。
