让人类更人性化。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安曾这样描述自己在电子人造皮肤领域的研究初衷。在鲍哲安等科学家的设想中，这项黑科技可以辅助假肢理解触摸、弯曲或按压等动作，让装有假肢的群体恢复对外界的真实感知。事实上，电子皮肤除了在假肢、医学检测诊断等方面的应用前景外，还可以应用于机器人——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。电子皮肤发展至今，其厚度和响应速度不断提高。然而，作为一款移动电子设备，电子皮肤的续航能力也是一个关键问题。为此，英国格拉斯哥大学的研究团队提出了一个方案：利用阳光为电子皮肤提供能量。2017年3月22日，该团队的论文《Energy‐Autonomous,Flexible,andTransparentTactileSkin（自供电、灵活、透明的触觉皮肤）》发表在学术期刊《先进功能材料》。当时，该团队表示，电子皮肤比其他仅由电池供电的材料工作时间更长，同时不会像有线电子设备那样受到运动限制。时隔三年，格拉斯哥大学的研究团队遵循利用阳光的思路，在电子皮肤的电池寿命上取得了突破。三年后，就在电子皮肤再次取得突破前不久，英国格拉斯哥大学的研究团队发表了一篇题为EnergyGeneratingElectronicSkinWithIntrinsicTactileSensingWithTouchSensors（自供电电子皮肤与固有触觉传感）的论文《IEEE 机器人学汇刊》。仅从论文题目可知，该团队设计的电子皮肤并没有配备触摸传感器，可以说已经完全达到了“自给自足”的水平。三年前，该团队提高电子皮肤电池寿命的方法是添加一个由石墨烯制成的光敏发电传感器。该论文还表明，光伏组件获得足够阳光的一个关键因素是透明触摸传感器的应用。层。基于这种方法，电子皮肤变得低能，每平方厘米需要20纳瓦的能量，相当于当年最低档次的光伏电池。当时，该论文的共同作者之一、格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院可弯曲电子与传感技术团队的RavinderDahiya表示：我们下一步是深入研究发电技术为了支持假肢的整个研究和自主驱动，可能会创建一个完全自供电的假肢。不难发现，三年来，研究团队先“加”，再“减”，最终实现了电子皮肤的自给自足。当电子皮肤遇上太阳能电池，它的自供电原理是什么？根据该论文，大量传感器和读出电子设备持续运行使得满足电子皮肤的能耗要求具有挑战性。因此，研究团队首次提出了一种无需任何触摸传感器、具有固有触觉感应的自供电电子皮肤（以下简称eSkin）。eSkin由分布在柔软弹性基板上的微型太阳能电池和红外发光二极管(IRLED)阵列组成。据了解，这些太阳能电池不仅可以自己发电，还可以产生一些额外的能量，并且可以提供触摸和接近感应触觉功能。通过读取太阳能电池和发光二极管的能量输出变化，eSkin可以感知距离、物体位置和许多其他参数。具体原理是：当接触到光源时，太阳能电池就会产生能量；如果电池（或eSkin）被附近的物体挡住，那么当电池与物体接触时，光的强度（即产生的能量）将降为零，eSkin将确认触碰。在这种情况下，eSkin接收到的光强度与eSkin与物体之间的距离密切相关。正如RavinderDahiya所说：通过实时比较光强度，然后进行校准，可以确定eSkin与物体之间的距离。为了测试这个想法是否可行，研究团队将eSkin附在一只3D打印的机械手上，并记录它与环境的互动。下图底部从下到上展示了覆盖eSkin的机械手的三个子系统，分别是能量管理、感知和驱动。研究小组发现，仅手掌区域就能产生383.6毫瓦的能量。他们设想，如果eSkin覆盖整个身体（面积约1.5平方米），eSkin可以产生超过100W的能量。如下图所示，eSkin能够对接近它的不同物体进行定位、边缘检测和3D形状评估。不仅如此，他们还将eSkin应用到工业机械臂上，发现可以安全实现人机交互。对于这一突破，RavinderDahiya表示，本质上，他们将如何为大型电子皮肤供电的问题转化为机会——将电子皮肤转化为可以产生能量的资源。鉴于eSkin的材料集成传感能力，除了机器人领域，研究团队还设想了eSkin未来的大量潜在应用：在假肢方面，eSkin比其他电子皮肤更轻，将有助于创造最佳的重量和尺寸。为假肢使用者提供方便的假肢。在脑机接口方面，eSkin可有效降低脑机接口常见的时延问题。在自动化方面，尤其是在电动车和交互车领域，覆盖了eSkin的汽车具有良好的接近感应能力，可以轻松“看到”接近的障碍物或行人。在游戏方面，eSkin还可以用于手势识别控制。
