石墨烯電子皮膚彈易碎：比人類(lèi)感覺(jué)更敏感

石墨烯電子皮膚彈易碎：比人類(lèi)感覺(jué)更敏感

在手術(shù)室里，一個(gè)穿著電子皮膚的機(jī)器人正在接受手術(shù)，它將另一塊電子皮膚植入患者體內(nèi)。操作員是一名戶(hù)外醫(yī)生，能夠感知患者的細(xì)微反應(yīng)并實(shí)時(shí)監(jiān)控患者的康復(fù)情況。

科幻電影中的場(chǎng)景很快就會(huì)變成現(xiàn)實(shí)，最近，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究員沈國(guó)振研制了一種新型的基于石墨烯材料的柔性觸覺(jué)傳感器，具有與人體皮膚相似的功能，能快速感知微小物體。壓力變化。它可用于軍事、醫(yī)療和健康領(lǐng)域。

電子皮膚是一種新型的可穿戴柔性仿生觸覺(jué)傳感器。它是一種用于實(shí)現(xiàn)人體觸覺(jué)感知功能的人工柔性電子裝置。

沈國(guó)珍在接受《中國(guó)科學(xué)雜志》采訪時(shí)說(shuō)，它既有人體皮膚的柔韌性，又能任意彎曲變形，能實(shí)現(xiàn)模仿人體觸覺(jué)的功能，還可以清楚地感知到輕如羽毛、小如米粒停留在物體表面所引起的觸覺(jué)。d感應(yīng)速度非常快。

人體皮膚的感覺(jué)反應(yīng)時(shí)間為30-50毫秒，裝置的反應(yīng)時(shí)間僅為5毫秒。該裝置的靈敏度可達(dá)15.6kpa-1，可工作100000多個(gè)周期，從這些數(shù)據(jù)來(lái)看，電子皮膚的感覺(jué)并不比人體皮膚差。

事實(shí)上，與聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)相比，觸覺(jué)的模擬是非常困難的，沈國(guó)珍承認(rèn)，要模擬觸覺(jué)，需要發(fā)展空間分辨率高、靈敏度高、響應(yīng)快、體積大的壓力傳感器陣列。為了模擬自然皮膚的觸覺(jué)傳感特性，必須研制大面積柔性高像素力傳感器陣列。

石墨烯材料和可穿戴儀器近兩年來(lái)一直很受歡迎，我們?nèi)滩蛔∠氚阉鼈兘Y(jié)合起來(lái)。結(jié)果明顯，效果良好，沈國(guó)珍特別強(qiáng)調(diào)了石墨烯的優(yōu)點(diǎn)。

由于石墨烯具有良好的導(dǎo)電性，在壓阻式柔性壓力傳感器中使用時(shí)，器件的電性能對(duì)壓力的變化不明顯。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們將石墨烯和聚偏氟乙烯納米纖維復(fù)合形成了一個(gè)三維網(wǎng)絡(luò)，使器件的電性能更加可調(diào)，更適合應(yīng)用于仿生電子皮膚領(lǐng)域。NE和一維納米纖維更有利于器件感受微壓的變化。

雖然沈國(guó)振的研究小組從事柔性電子已有多年，但在進(jìn)入電子皮膚領(lǐng)域時(shí)，卻遇到了許多問(wèn)題。

例如，在研究基于石墨烯材料的電子皮膚和健康監(jiān)測(cè)的應(yīng)用時(shí)，有必要測(cè)試傳感器在數(shù)萬(wàn)個(gè)工作周期后的性能變化以及在不同頻率和壓力下的響應(yīng)，但在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。沈國(guó)珍說(shuō)。

當(dāng)研究人員情緒低落時(shí)，突然想到，如果重量與切碎機(jī)相連，切碎機(jī)的旋轉(zhuǎn)可以為設(shè)備提供不同頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定壓力，經(jīng)過(guò)大量的努力，研究團(tuán)隊(duì)最終完成了10萬(wàn)次以上的測(cè)試循環(huán)，并獲得了能夠在不同頻率下工作的裝置。長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

作為一種可穿戴設(shè)備，人工仿生電子皮膚的研究與開(kāi)發(fā)引起了各學(xué)科研究者的關(guān)注，隨著研究的發(fā)展，石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電聚合物等特殊材料被公認(rèn)為電子皮膚的優(yōu)良基質(zhì)，因?yàn)榫哂谐　?qiáng)韌性、低電阻率等優(yōu)良性能，其發(fā)展趨勢(shì)主要集中在醫(yī)療、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。

目前，這種仿生電子皮膚已嘗試應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)脈搏跳動(dòng)、語(yǔ)音識(shí)別等人體生理信號(hào)的實(shí)時(shí)、快速檢測(cè)。

例如，通過(guò)對(duì)微弱壓力和脈搏變化的分析，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出語(yǔ)音識(shí)別和人體不同的生理狀態(tài)，有望在語(yǔ)音輔助輸出系統(tǒng)、人體健康評(píng)估和疾病前診斷中得到廣泛應(yīng)用。

對(duì)于許多燒傷燙傷患者、截肢者和整容外科醫(yī)生來(lái)說(shuō)，具有觸覺(jué)的人造皮膚能給他們帶來(lái)巨大的好處。

日本福島地震后，由于嚴(yán)重的輻射已不再適合人類(lèi)工作，本田公司為現(xiàn)有的機(jī)器人開(kāi)發(fā)了電子皮膚，使他們能夠更好地感知周?chē)h(huán)境，在輻射最嚴(yán)重的地區(qū)工作，另外，仿生電子皮膚將帶來(lái)革命性的突破。為人類(lèi)科學(xué)技術(shù)在消費(fèi)電子，軍事，醫(yī)療衛(wèi)生，甚至更多科幻機(jī)器人皮膚粗糙。

但目前人工皮膚主要用于醫(yī)療，成本較高。申國(guó)振坦言：其他領(lǐng)域的申請(qǐng)需要時(shí)間。（郭爽，本報(bào)記者）

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