电子皮肤或成为智能可穿戴设备最厉害的技术应用

如今，可穿戴智能设备已经普及，相信每个人都听说过智能眼镜、智能手表、智能腕带等等，但要说最牛的智能可穿戴设备，应该当属电子皮肤。

电子皮是一种能够产生触觉的超薄电子器件。一般人的印象中，硬件一般都是硬质和有一定形状，而电子皮肤则是软如皮肤的硬件，可以加工成各种形状，用途非常广泛。例如，它可以附着在设备表面作为一种外衣(如机器人外衣)，也可用于遭受严重皮肤创伤的人体修复手术(如烧伤或皮肤疾病)。这款新的人造皮肤能够感知外部压力、温度等的变化，并通过电路向大脑发出信号，产生一种接近真实的触觉。它的敏感性很高，甚至可以感觉出20毫克蚂蚁的重量！这样一种高科技是如何实现的呢？

第一，我们对电子皮肤做一个简单的“解剖”，它主要由三个部分组成：感应器，信号转换和传输电路，以及具有特殊蛋白质的神经细胞。电子皮肤就是通过这三种元件来实现触觉信号的接收、转换和传输。别小看这三个元素，它们每个都有来头。

首先是感应器，它是皮肤的电子受体。感觉外部环境不同所需要的传感器也不同，例如，压力传感器能够感觉到压力的变化并将其转化为电阻，从而实现从压力信号到电子信号的转变。常用的压力传感器有电容式和电阻式两种。

一般情况下，电容式传感器通过改变两平行板电极之间的距离来改变电容的大小，使传感器具有良好的灵敏度和线性度。该电容式传感器可以是固体聚合物、微结构弹性纤维或空气介质。感应器采用两种机制：内部材料的压电性电阻(中间)或结构化导体与电极之间的接触电阻(底部)。首先，施加压力可以改变半导体的能带结构，或者改变聚合物成分中导电填料的分布，从而引起电阻的变化。但一般压阻聚合物复合材料的温度敏感性和压力敏感性较低，存在较大的滞后和干扰。研究人员研究了依靠调制的接触电阻式传感器。在导体与电极之间，由于接触面积的改变而引起的接触电阻的变化，并非与生俱来的温度敏感性，所以可以将温度影响降到最低。另外，由于接触电阻是一种表面效应，设备可以变得很薄，从而提 高灵活性和可塑性，减少元件间的串扰，使接触电阻传感器受到广泛的青睐。

接收信号后，有一条转换和传输电路。能将电阻的变化转化为电脉冲信号，并能随压力的增大而提高电脉冲频率。感觉区域的感觉和大小由脉冲的大小控制。变换激励幅度，放大器就能放大阵列记录的信号。另外，还设计了用于控制刺激的波形。该数据传输模块具有灵活、可扩展的互连，能够记录、转换和传输传感器向神经组织传递的信号。

最后，科学家们通过光纤耦合激光器或弹性彩色发光二极管阵列(LED)，将电讯信号转换成光信号，然后传送到包含一种蛋白的特殊神经细胞，即特定视蛋白(光敏蛋白)，该蛋白能吸收光信号并将其转换成神经电信号，从而在诸如脑皮层感觉神经元等潜在界面和神经元中引入发光刺激，从而实现了神经信号传递。

以上三步已经完成，电子皮肤也就实现了“触觉”的传递过程！同时，科学家也在努力研究电子皮肤，并赋予它更多的功能，如弹性、耐久性、与人体组织的相容性、舒适性等等，为人类提供更多的帮助，使皮肤的功能得到自然延伸。

世界范围内有10亿多残疾人，亚洲有6亿，中国有8500万残疾人，其中30%为肢体残疾。传统义肢存在着很大的局限性，而“电子皮肤”的出现将成为医学领域的重大技术创新，给数百万患者的肢体“再生”带来希望。另外，电子皮肤的应用不仅限于假肢，还涉及到其它领域，如人体健康，可测血压、心率等。奥斯汀的得克萨斯大学的研究人员宣布，他们已经研发出了一种新的“电子皮肤”，这种只有0.3毫米厚度的可穿戴设备可以贴在人的皮肤上，然后精确地检测并记录穿着者的体征数据，同时它还可以把数据上传到计算机中，甚至可以直接将药物传送到人体。

斯坦福大学对电子皮肤温度传感器进行了研究。随着温度的变化，该材料可产生电流，并且该材料的电阻率随着外界物体接触皮肤而变化。这个皮肤可以用来测量体温。

除了在医学领域的应用外，电子皮肤也是一种“智能表层”。理论上讲，这种技术可以应用于人与人机交互的场合。

尽管有许多科学问题需要解决，但是电子皮肤可以在将来实现。电性肌肤可以与人类自然肌肤完全兼容，为人类肌肤提供必要的呵护；各种创伤都能通过电性肌肤修复，肌肤的色泽、纹理都能随人心意改变，让我们共同期待电性肌肤技术的革命性突破！