霍峰蔚: 具有感应功能的改性皮革用于多功能电子皮肤

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皮肤是人体最大的器官，是保护内部器官的物理屏障，并拥有神经网络来感知环境（温度、压力、振动等）刺激。在生活中，人不可避免的会受到外伤（战争、自然灾害等），损坏皮肤，因而人工皮肤在前期的保护免受伤害和后期的仿真修复都具有很大现实意义。而电子皮肤是一种模仿的人体皮肤功能的人工皮肤。在人工智能研究领域中，研发出能够模仿甚至超越人类皮肤的电子皮肤对于医学诊断和仿生假肢都至关最要。例如，鲍哲南团队通过引入微结构聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜，使获得的电子皮肤具有前所未有的灵敏度和短的响应时间。虽然PDMS具有良好的生物相容性，但是它具有不透气的缺点，因此不适合人长时间穿戴。同时，柔韧性是电子皮肤模拟人体皮肤机械性能的关键因素。其中Rogers团队通过将松散的蛇纹石纳米带与弹性体基质相结合，将传统的脆性材料转化为高度柔韧、可拉伸和可表现的电子皮肤。可见合理地集成不同功能的电子皮肤是可以实现甚至超越真实皮肤的性能。

        众所周知，皮革是从动物皮肤获得的传统天然材料，同时拥有皮肤的复杂结构。虽然传统皮革的感知能力处于剥离状态，但是可以恢复真皮的重要功能——敏感性。尽管Rogers团队使用PDMS作为粘合剂将硅器件粘合在皮革上，但他们仅是将其作为简单的基材处理，而忽略了皮革结构和性能的优点。由于皮革的层次结构使其易于装载其他材料，所有皮革是作为制造高性能电子皮肤的潜在候选者。通过将不同的功能材料与皮革相结合制造出的新皮革，让“死皮”重新被利用甚至超越真皮。
       最近，南京工业大学的黄维院士、霍峰蔚教授和四川大学的黄鑫教授等报道了一种简单的、可设计的皮革电子皮肤。它结合了天然复杂的结构、皮革穿戴的舒适性和纳米材料的多功能特性。 基于皮革的电子皮肤可以使“死皮”的皮革重新具有感应能力。这种电子皮肤可应用于灵活的压力传感器、显示器和用户交互装置等。它为开发具有模仿甚至超越真皮功能的多功能电子皮肤提供了一类新的材料。研究成果以题为“Repurposed Leather with Sensing Capabilities for Multifunctional Electronic Skin”发布在国际著名期刊Adv. Sci.上。

      文中展示了一种重新利用皮肤的压力传感特性显示用户交互以及人体健康监测的实用的电子皮肤。这种电子皮肤是基于皮革的复杂结构和纳米材料的多功能特性而实现其优良特性的。由于皮革的复杂层次结构，使得基于皮革的电子皮肤具有高灵敏度性。并且基于皮革的电子皮肤具有制造过程简单、通用且可扩展的优点，从而有利于低成本的大规模生产。这种利用皮革作为柔软和可穿戴电子产品基材的策略，展示了低价值皮革上升循环的增值前景。相信这样的设计将有利于新的柔性电子产品的出现，并有助于释放多功能电子皮肤（智能机器人、健康监测设备等）的潜力。

文献链接：Repurposed Leather with Sensing Capabilities for Multifunctional Electronic Skin（Adv. Sci., 2018, DOI:10.1002/advs.201801283）