人造皮肤可检测轻微的触动

斯坦福大学的两个研究小组开发了两种人造电子皮肤系统均可检测最轻微的触动。这类皮肤将有可能最终被用于假肢矫形或是制造接触敏感性机器人装置。该研究成果发表在《自然材料》（Nature Materials）杂志上。

    两种系统可检测的压力变化均小于1千帕斯卡，相当于我们的手指打字或是拾起钢笔时所感受到的力。而以前的系统只能检测超过10千帕斯卡的压力。

    这两种装置以完全不同的方式发挥作用。加州斯坦福大学的化学家Zhenan Bao和她的同事们利用的是弹性聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS）。Zhenan Bao在一块6平方厘米的二甲基硅氧烷上间隔挖出椎体形的小洞。当二甲基硅氧烷受到挤压时，装满空气的椎体形的洞就会被二甲基硅氧烷填满，从而改变了装置的电容使它能够容纳电荷。

    为了更容易检测出电容的改变，Bao将二甲基硅氧烷电容粘到有机晶体管上，有机晶体管就能够读出电流改变的差异。研究小组使用一串晶体管追踪了材料不同位点的压力改变。

    二甲基硅氧烷构成的皮肤对于轻微的触动非常的敏感。Bao将一只丽蝇和蝴蝶分别放在装置上，该装置能清楚地“感知”它们的差别。虽然该装置非常敏感，但是目前还存在弹性较差的缺点。Bao希望到今年年底能制造出一种可用于假肢矫形的弹性皮肤。
    “我们的研究致力于获得具有生物相容性的人造皮肤并能将其整合到动物或真正的组织中，这将是一个长期的工作。”Bao说。

    加州大学伯克利分校的Ali Javey和他的同事们用不同的方法开发了另一种人造皮肤。Javey利用一种接触印刷技术将半导体纳米线牵入一个方格中，这个方格进而被放置在一种压力下可改变电阻的压力敏感性橡胶上。

    在7平方厘米的方格里，交叉的纳米线就像晶体管一样发挥作用。每个晶体管就像一个像素，每个位点压力诱导的电流改变都将被读取。由于其主要成分是橡胶，这个装置非常的柔韧。“由于我们使用的是非常小的无机半导体，装置非常的灵活。”Javey说。他将感受器弯成U形。每个U形臂间隔5毫米的间隙，该装置仍然可以发挥作用。
 
    “具有全面功能的人造皮肤还需要进行更多的压力和弯曲检测。最终人造皮肤应该能够像我们自己的皮肤一样发挥作用，”英国剑桥大学的材料学科学家Stephanie Lacour说：“这意味着人造皮肤将能够感受得到侧剪切力的作用例如在大腿上轻轻地搔抓，这是非常不容易办到的。”

    Javey亦认为制造全功能的人造皮肤还存在许多的困难需要克服。他认为机器人的应用或许会更快一些。“我们下一步的工作就是扩大生产获得足够覆盖机器人全身的人造皮肤，”Javey说。

    圣三一大学实用性纳米结构和设备研究中心的化学家John Boland 对两个科研小组的工作进行了追踪报道，他相信终有一天人造皮肤将兼具两个装置的灵活性和压力敏感性特征。

    Boland对两个小组的研究工作留下了极深的印象。“相信在不久的将来人造皮肤能够被用于改良假肢，或者帮助外科医生进行微创性手术时更好地把握他们的工作。”Boland说。