據(jù)發(fā)表在最新一期《科學》雜志上的論文報道,美國斯坦福大學研究人員首次展示了一種多層薄膜傳感器,這種人造電子皮膚可在愈合過程中自動重新排列。這是模仿人類皮膚的關(guān)鍵一步。這一進步預示著一個機器人和假肢新時代或?qū)⒌絹?,未來它們將擁有類似人類觸覺的自愈合成材料制造的“皮膚”。
斯坦福大學博士生克里斯·庫珀表示,人類皮膚有很多層,在愈合過程中分工相當明確有序,每一層都會有選擇地自行愈合,以恢復整體功能。而新電子皮膚層可以模仿這一點,它也是由層組成的。它剛剛進化出免疫機制,通過涉及分子識別和信號傳遞的復雜過程,重建具有原始分層結(jié)構(gòu)的組織。
研究人員介紹說,多層人造皮膚具有各自不同的功能層,每層薄至1微米,甚至更薄。10層或更多層堆疊在一起的厚度不超過一張紙。有的層可能感覺到壓力,有的層感覺溫度,還有的層具有張力。不同層的材料可以被設(shè)計成具有感應(yīng)熱、機械或電氣變化的特性。
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這種人造皮膚為何能自動重新修復?秘密就在每層的主干都是由長分子鏈組成的,這些長分子鏈通過動態(tài)氫鍵定期連接,就像將DNA鏈的雙螺旋連接在一起的分子鏈一樣,這使得材料可以重復拉伸而不會撕裂。
研究人員使用了聚丙二醇和聚二甲基硅氧烷,這兩種聚合物及其各自的復合材料是不混溶的,氫鍵使它們彼此很好地黏合在一起,從而創(chuàng)建了耐用的多層材料。
這兩種聚合物的優(yōu)點是,當加熱時,它們會變軟并流動,但冷卻時會凝固。因此,通過加熱人造皮膚,研究人員能夠加快愈合過程。在室溫下,愈合可能需要長達一周的時間,但當加熱到70℃時,約在24小時內(nèi)可愈合。經(jīng)過設(shè)計,這兩種材料在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)對外部應(yīng)力具有與真人皮膚一般的黏性和彈性。
【總編輯圈點】
棱角分明、材質(zhì)堅硬、缺乏柔性……如果你仔細觀察我們身邊的各種電子和機器設(shè)備,會發(fā)現(xiàn)它們絕大多數(shù)都有這個共同特征。就連用來提供陪伴或咨詢服務(wù)的人形機器人,其外表也是硬邦邦、冷冰冰的,多少與其“身份”有點不太契合。柔性材料領(lǐng)域的科學家們就是盯準了這個痛點,他們試圖“以柔克剛”,用柔性的、貼合的甚至接近人類皮膚的材料,讓電子器件和智能終端變得更有溫度、更加好用。
來源:科技日報
作者:張佳欣
責任編輯:馮崢
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