石墨烯電子皮膚彈易碎：比人類感覺更敏感

石墨烯電子皮膚彈易碎：比人類感覺更敏感

在手術室里，一個穿著電子皮膚的機器人正在接受手術，它將另一塊電子皮膚植入患者體內(nèi)。操作員是一名戶外醫(yī)生，能夠感知患者的細微反應并實時監(jiān)控患者的康復情況。

科幻電影中的場景很快就會變成現(xiàn)實，最近，中國科學院半導體研究所超晶格國家重點實驗室的研究員沈國振研制了一種新型的基于石墨烯材料的柔性觸覺傳感器，具有與人體皮膚相似的功能，能快速感知微小物體。壓力變化。它可用于軍事、醫(yī)療和健康領域。

電子皮膚是一種新型的可穿戴柔性仿生觸覺傳感器。它是一種用于實現(xiàn)人體觸覺感知功能的人工柔性電子裝置。

沈國珍在接受《中國科學雜志》采訪時說，它既有人體皮膚的柔韌性，又能任意彎曲變形，能實現(xiàn)模仿人體觸覺的功能，還可以清楚地感知到輕如羽毛、小如米粒停留在物體表面所引起的觸覺。d感應速度非?？?。

人體皮膚的感覺反應時間為30-50毫秒，裝置的反應時間僅為5毫秒。該裝置的靈敏度可達15.6kpa-1，可工作100000多個周期，從這些數(shù)據(jù)來看，電子皮膚的感覺并不比人體皮膚差。

事實上，與聽覺和視覺相比，觸覺的模擬是非常困難的，沈國珍承認，要模擬觸覺，需要發(fā)展空間分辨率高、靈敏度高、響應快、體積大的壓力傳感器陣列。為了模擬自然皮膚的觸覺傳感特性，必須研制大面積柔性高像素力傳感器陣列。

石墨烯材料和可穿戴儀器近兩年來一直很受歡迎，我們?nèi)滩蛔∠氚阉鼈兘Y合起來。結果明顯，效果良好，沈國珍特別強調(diào)了石墨烯的優(yōu)點。

由于石墨烯具有良好的導電性，在壓阻式柔性壓力傳感器中使用時，器件的電性能對壓力的變化不明顯。

為了解決這個問題，我們將石墨烯和聚偏氟乙烯納米纖維復合形成了一個三維網(wǎng)絡，使器件的電性能更加可調(diào)，更適合應用于仿生電子皮膚領域。NE和一維納米纖維更有利于器件感受微壓的變化。

雖然沈國振的研究小組從事柔性電子已有多年，但在進入電子皮膚領域時，卻遇到了許多問題。

例如，在研究基于石墨烯材料的電子皮膚和健康監(jiān)測的應用時，有必要測試傳感器在數(shù)萬個工作周期后的性能變化以及在不同頻率和壓力下的響應，但在實驗室測試。沈國珍說。

當研究人員情緒低落時，突然想到，如果重量與切碎機相連，切碎機的旋轉可以為設備提供不同頻率的長期穩(wěn)定壓力，經(jīng)過大量的努力，研究團隊最終完成了10萬次以上的測試循環(huán)，并獲得了能夠在不同頻率下工作的裝置。長期穩(wěn)定工作。

作為一種可穿戴設備，人工仿生電子皮膚的研究與開發(fā)引起了各學科研究者的關注，隨著研究的發(fā)展，石墨烯、碳納米管、導電聚合物等特殊材料被公認為電子皮膚的優(yōu)良基質(zhì)，因為具有超薄、強韌性、低電阻率等優(yōu)良性能，其發(fā)展趨勢主要集中在醫(yī)療、人工智能、虛擬現(xiàn)實等領域。

目前，這種仿生電子皮膚已嘗試應用于醫(yī)學領域，以實現(xiàn)脈搏跳動、語音識別等人體生理信號的實時、快速檢測。

例如，通過對微弱壓力和脈搏變化的分析，可以準確地檢測出語音識別和人體不同的生理狀態(tài)，有望在語音輔助輸出系統(tǒng)、人體健康評估和疾病前診斷中得到廣泛應用。

對于許多燒傷燙傷患者、截肢者和整容外科醫(yī)生來說，具有觸覺的人造皮膚能給他們帶來巨大的好處。

日本福島地震后，由于嚴重的輻射已不再適合人類工作，本田公司為現(xiàn)有的機器人開發(fā)了電子皮膚，使他們能夠更好地感知周圍環(huán)境，在輻射最嚴重的地區(qū)工作，另外，仿生電子皮膚將帶來革命性的突破。為人類科學技術在消費電子，軍事，醫(yī)療衛(wèi)生，甚至更多科幻機器人皮膚粗糙。

但目前人工皮膚主要用于醫(yī)療，成本較高。申國振坦言：其他領域的申請需要時間。（郭爽，本報記者）

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