电子皮肤：植皮、传声、人机界面

　　皮肤输入式技术的原理是，利用影像感应器，将皮肤视为轻触式屏幕，通过敲打与触摸来传输指令，实现控制家用电器、打电话、操作简单游戏等功能。目前，这项技术的操作准确率已超过80%。

　　用电子皮肤取代真皮？或者这并不是痴人说梦。

　　不久前，美国加州大学伯克利分校的工程师们制作出了全球首块交互式“电子皮肤”，这种皮肤能对压力和触摸作出反应。研究人员说，电子皮肤可以帮助那些安装义肢的人恢复感觉，也可以安装到机器人身上，让它们能像真正的人类那样拥有触感。

　　其实，近年来，多国研究人员已陆续开发出各种电子皮肤，并已解决了互动性、延展性等技术难题。科学家预测，除了医学植皮领域，电子皮肤还能在机器人设计、可穿戴设备、人工智能等领域大展身手。

　　让它具有分辨压力的能力

　　美国加州大学伯克利分校研究的这种新型电子皮肤，由电子工程与计算机科学教授阿里·贾韦带领的研究小组发明。它由合成橡胶和塑料制成，厚度还不及一张普通的纸。

　　这块电子皮肤样品上纵横各有16个可发光块。随着按压或弯曲力度的变化，发光块可以发出蓝、绿、红或黄色的光。据研究人员介绍，每个发光块上都装有半导体纳米碳管、有机发光二极管和压力感应装置。

　　这个压力感应装置基于贾韦团队三年前的发明。那时，贾韦把微型金属线安装在一张塑料片上，若有外力按压金属线，力量大小的数据就会显示在与塑料片相连的电脑上。

　　贾韦说，“我们不仅是在制造装置，也是在创造系统。我们已经证明，交互式电子皮肤可以包裹在不同的物体表面，这就产生了多种新型的人机交互模式，是一个了不起的系统。”

　　事实上，在电子皮肤中植入感应器已不是什么新鲜事，让它具备分辨压力的能力才是突破，而如今，贾韦团队正在致力于让电子皮肤具备感应温度的能力。

　　越来越像人类皮肤

　　其实，电子皮肤的概念早已出现，而各国科研团队首先要攻克的难题，就是要使其具有灵敏的“感觉”，因为，只有这样，电子皮肤才可能模拟或取代机体皮肤。

　　2003年，日本东京大学的研究团队利用低分子有机物并五苯分子制成薄膜，通过其表面密布的压力传感器，实现了电子皮肤可感知压力。

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　　时隔两年，该研究团队在特殊塑料薄膜中重叠嵌入可感知压力和温度的两组晶体管，并在晶体管电线交叉的位置使用微传感器来记录电流起伏，由此可判断出日常温度和每平方厘米300克以上的压力。

　　更令科学家欣喜的是，这种电子皮肤成本相当低，这也让人看到了大规模制造和推广的曙光。

　　在德国，慕尼黑工业大学的科学家也研制出了一款皮肤电路，利用红外线传感器和温度传感器，可探测相当于皮肤微小毛发所能感受到的物体距离，并模拟出人类皮肤的轻触觉。

　　近年来，随着尖端材料学研究的深入，石墨烯、碳纳米等高科技材料因超轻薄、韧性强、电阻率小等优良特性，也被科学家认为是电子皮肤的优良“基底”。例如，由中国研究人员使用碳纳米管传感器制成的高灵敏度皮肤，甚至可感知20毫克的蚂蚁的重量。

　　美国斯坦福大学化学工程系华裔女科学家鲍哲南领导的科研团队，已成功研制出高灵敏度柔性橡胶材料。这种电子皮肤遍布高灵敏度电子感应器，获得压力时可改变内部密度，可感知一只蝴蝶落在上面的压力。此外，通过融合可拉伸式太阳能技术，这款电子皮肤还具备了自我发电等功能。

　　英国剑桥大学纳米科学中心的研究人员，也正在尝试将可随意拉伸和变形的电路移植到透明的弹性硅胶上，力图赋予电子皮肤更多近似于人体皮肤的物理特性。按照研究人员的设计，这种电子皮肤可包裹四肢与手臂，有望应用于皮肤移植。

　　大胆的设想

　　目前，对于大面积创伤、烧伤等病情，植皮几乎是唯一的挽救办法，而最好的植皮来源还是人体皮肤。进行这种手术时，医生们要切取患者自身或他人的皮肤进行移植修复，这常常会给人的身心带来新的创伤。此外，移植后的皮肤不仅十分脆弱，还存在触觉削弱、免疫力下降等后遗症。

　　如果电子皮肤能应用于临床，对于需要皮肤移植的人来说无疑将是一大福音。然而，电子皮肤若真正移植于机体，还要解决其与周围正常皮肤的神经、肌肉、淋巴及腺体等和谐共生，将感知的触觉反馈给神经细胞，接受神经元的指令等问题。这都是科学家下一步努力的方向。

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　　但电子皮肤的应用将不仅仅限于替代人类皮肤。

　　它或将给智能机器人领域带来一场革命。机器人虽早已具备视觉和听觉等功能，并能进行一些复杂的技术操作，但由于皮肤是机器人技术研发中容易忽视的部分，直接导致了笨重的“盔甲”难以检测多方向的触觉三维力，难以体会拿起一个苹果、一个杯子或一块钢铁所需力量的差异。

　　机器实现智能的基础在感知，具备良好压敏特性和柔韧性的电子皮肤可最大程度上模拟人手的操作，突破握住鸡蛋而不捏碎，拿住酒瓶而不滑落等当前机器人研发领域存在的瓶颈。电子皮肤将能够解决机器人的触觉难题，使其敏感获知环境信息，又具有灵活性。

　　对于引导未来IT潮流的可穿戴式电子设备，电子皮肤也将大有可为。未来，将不再需要给慢性病患佩戴电子监视设备来跟踪心率、血压、血糖等指标，利用电子皮肤即可。比如，电子皮肤与智能手表和腕带等结合后，只需把电子皮肤输出的电学图形信号加以比对分析，就可以实现“智能把脉”。

　　目前，中国科学院纳米研究所科学家利用石墨烯与碳纳米制成的电子皮肤，可精确测量脉搏波形与声音波形，科学家假想，利用装有电子皮肤的设备监测咽喉部肌肉运动产生的微弱压力变化，完全可将压力变化信号转化为语音，使其成为聋哑人群的“传声筒”。

　　微软公司正在尝试的创新型电子皮肤应用更为大胆。该公司正在和美国卡内基梅隆大学合作，研发皮肤输入式技术。其原理是利用影像感应器，将皮肤视为轻触式屏幕，通过敲打与触摸来传输指令，实现控制家用电器、打电话、操作简单游戏等功能。目前，这项技术的操作准确率已超过80%，这或将推动智能家用设备的研发速率。

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来源：[db:出处]

作者：tee