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电子皮肤:能藏进文身的可穿戴设备

       如今,手镯、iwatch、谷歌眼镜等很受欢迎,但与电子皮肤相比,这些便携产品太重了。

       电子皮肤作为一种可穿戴的电子产品,不同于现在常见的可穿戴设备。它像你的皮肤一样薄,可以粘在你的手腕或身体的任何其他需要,甚至成为你身体的一部分。

       电子皮肤的功能是什么?

       众所周知,皮肤是我们与周围环境接触的保护层和中介。我们用手掌的皮肤感受杯壁的冷热,用手指的皮肤感受衣服的材质质感,用舌头的皮肤感受酸甜苦辣,用鼻子的皮肤闻花香。人造电子皮肤是:除了人类皮肤能做到的,还能实时测量人的心跳、脉搏、血压、血糖,发光发热,存储数据,甚至还有一种贴在舌头上的电子皮肤,让盲人看到周围的物品。

       电子皮肤最初出现在公众的视野中是科幻小说,比如《星球大战》的假手和《终结者》中的机器人。科学家们开始研究电子皮肤,可以追溯到20世纪70年代带有传感器的假手。随后,科学家们在2004年发明了弯曲的矩阵皮肤,并在2008年发明了微结构的压力传感器。近年来,由于其在生物医学领域的潜力,电子皮肤也得到了广泛的研究和关注。例如,2011年,斯坦福大学的科学家提出并制造了一种可伸缩的微太阳能电池,可以为电子皮肤的压力传感器提供能量。2013年,斯坦福大学还发明了一种可以隐藏在纹身贴纸中的电子皮肤。

电子皮肤:能藏进文身的可穿戴设备

▲图为电子皮肤背面

       如何实现电子皮肤的功能?

       要实现电子皮肤的功能,首先要使电子设备又薄又轻。更关键的问题是如何使其柔软贴合皮肤,不会因弯曲而损坏。如今,使用最广泛的电子设备是由硅制成的,你可以想象硅片是一块脆饼干,很难弯曲。如果你用力弯曲和拉,它会被折断或破碎。达到纳米厚度的硅纳米带可以弯曲,但在拉伸或压缩下也会出现裂纹,破碎的电子产品一般不能使用。

       研究人员研究了许多不同的方法来解决电子皮肤在弯曲和拉压下断裂的问题。主要分为两个方向,一是利用新的聚合物聚合物材料,如树脂或橡胶,制造新的电子皮肤;二是利用现有的传统电子材料,通过新的结构设计实现弯曲的电子皮肤。

       那么,什么样的结构可以使原本脆、弯曲、拉扯下容易断裂的材料变成贴合皮肤、能承受大程度弯曲的电子皮肤呢?目前常见的结构有三类:

       1.手风琴结构

       首先,将聚合物聚合物作为衬底拉伸到其原始长度的两倍,然后将薄硅条贴在上面,然后放松下面的衬底,硅条会变得弯曲或起皱。这样,处理后的硅材料可以承受100%以内的拉伸。这就像拉长橡胶条,然后在上面贴一张纸条。放松后,纸条沿拉伸方向起皱。同时,经过这样的处理,一张无法拉伸的纸条可以在一定程度上拉伸和弯曲。

电子皮肤:能藏进文身的可穿戴设备

       2.编织结构

       将原来的硬材料编织成网状,它们可以利用网状间隙在一定程度上拉伸、压缩和弯曲而不断裂。这就像一块铁片很难用手拉长或压缩,但我们可以用手拉长或压扁一个小铁丝网。

电子皮肤:能藏进文身的可穿戴设备

       3.岛状结构

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