中科院納米能源所潘曹峰課題組：可拉伸擴展的多功能集成電子皮膚

【成果簡介】

近日，在中國科學院北京納米能源與系統研究所研究員潘曹峰、中科院外籍院士王中林的指導下，潘曹峰課題組博士化麒麟、副研究員鮑容容等提出了一種柔性可拉伸擴展的多功能集成傳感器陣列，成功將電子皮膚的探測能力擴展到7種，實現溫度、濕度、紫外光、磁、應變、壓力和接近等多種外界刺激的實時同步監測。

【圖文導讀】

圖1 高度可伸縮和舒適矩陣網絡

a）符合人體手臂表面的SCMN的示意圖

b）制造的聚酰亞胺網絡的光學圖像

c）聚酰亞胺網絡的傾斜SEM圖像

圖2 機械和電氣測試

a）相對阻力和張力變化

b）蜿蜒線的光學圖像

【研究內容】

人體皮膚是活躍、敏感和高彈性的感覺器官，承擔著保護身體、排汗、溫度調節、感知冷熱和壓力等功能。人體軀體感覺系統能夠通過皮膚中的觸覺、溫度、痛覺等感受器，將外界環境刺激轉化為電脈沖信號，經過神經通路傳導至神經中樞，從而使皮膚獲得觸覺、痛覺等感覺功能。基于皮膚這種多功能生物模型，科學家們開展了一門新興學科研究——觸感電子學（俗稱“電子皮膚”，Electronic skin, E-skin），用來模仿皮膚的感覺功能如觸覺、溫度感知等功能。目前，電子皮膚在柔性或彈性基底上制作具備探測壓力、溫度或其他刺激的傳感器及陣列，可感知周圍環境中的各種物理、化學、生物等信號，將有助于開發新型人機接口、智能機器人、仿生假肢等智能化系統。此外，電子皮膚的重要發展趨勢是多功能化與多重刺激同步監測。? 　

研究人員通過微納加工技術，制備出大倍率（8倍及以上，可根據需要設計）的聚酰亞胺（PI）拉伸結構網絡，其中包括眾多傳感器節點和蜿蜒拉伸結構。基于這種拉伸結構網絡，多種傳感器能夠以二維分布式或三維疊層式結構進行多功能化集成，并且多種傳感單元可獨立工作而不互相影響。利用基底的可拉伸性能，可實現電子皮膚的探測面積擴張，為其進一步的功能擴展提供了便利。此外，研究人員利用這種電子皮膚制造出一種具有定制化功能集成的智能假肢，既賦予了假肢觸覺功能，也使假肢具備了溫度感知的能力。該研究將有助于開發新型人機接口、智能機器人、仿生假肢等智能化系統，多功能集成電子皮膚還可同步監測周邊環境多種變量，用于人體健康監測等領域。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201801/t20180117_4632707.shtml

文獻鏈接：Skin-inspired highly stretchable and conformable matrix networks for multifunctional sensing（Nat.Commun.,2018,DOI:10.1038/s41467-017-02685-9）

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