來(lái)自新加坡國(guó)立大學(xué)的一組科學(xué)家從水母等無(wú)脊椎動(dòng)物身上獲取靈感，創(chuàng)造出具有類(lèi)似功能的電子皮膚。

就像水母一樣，電子皮膚在水生環(huán)境中具有透明、可拉伸，觸感敏感和自我修復(fù)的特性，可用于從防水觸摸屏到水生柔性機(jī)器人等各種用途。

來(lái)自新加坡國(guó)立大學(xué)工程系材料科學(xué)與工程系的助理教授benjamin tee和他的團(tuán)隊(duì)，以及清華大學(xué)和加州大學(xué)河濱分校的合作者，共同開(kāi)發(fā)了這種材料。

這個(gè)由8名研究人員組成的團(tuán)隊(duì)花了一年多的時(shí)間開(kāi)發(fā)這種材料，其發(fā)明首次發(fā)表在2019年2月15日的《自然電子》(nature electronics)雜志上。

用途廣泛的透明防水自愈材料

助理教授tee多年來(lái)一直致力于電子皮膚的研究，并在2012年參與開(kāi)發(fā)了第一個(gè)具有自我修復(fù)功能的電子皮膚傳感器。

他在這個(gè)研究領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)使他發(fā)現(xiàn)了具有自我修復(fù)功能的電子皮膚尚未克服的關(guān)鍵障礙。他說(shuō):“目前許多自愈材料面臨的挑戰(zhàn)之一是它們不透明，在潮濕的環(huán)境下也不能有效工作。這些缺點(diǎn)使得它們應(yīng)用在通常需要在潮濕的天氣條件下使用的諸如觸屏等電子應(yīng)用上大打折扣。

他接著說(shuō):“這個(gè)想法促使他們將研究對(duì)象轉(zhuǎn)向水母——水母是透明的，能夠感知潮濕的環(huán)境。因此，我們一直在研究如何才能制造出一種既能模仿水母的耐水特性，又能對(duì)觸摸敏感的人造材料。”

他們成功地研制出了一種由富含氟離子液體的含氟碳聚合物組成的凝膠。當(dāng)聚合物與離子液體結(jié)合時(shí)，聚合物網(wǎng)絡(luò)通過(guò)高度可逆的離子偶極子與離子液體相互作用，使其能夠自愈。

在闡述這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，助理教授tee解釋說(shuō):“大多數(shù)導(dǎo)電聚合物凝膠，如水凝膠，在水中會(huì)膨脹，或在空氣中隨著時(shí)間的推移會(huì)變干。我們的材料與之不同的是，無(wú)論是在潮濕還是干燥的環(huán)境中，它的形狀都能夠保持不變。它在海水中效果也很佳，就算是酸性或堿性環(huán)境中也很有效。”

下一代柔性機(jī)器人

這種電子皮膚是通過(guò)將這種新材料打印到電子電路中而產(chǎn)生的。作為一種柔軟的、可拉伸的材料，它的電氣性能在被觸摸、擠壓或拉伸時(shí)會(huì)發(fā)生變化。助理教授tee補(bǔ)充說(shuō):“我們可以測(cè)量這種變化，并將其轉(zhuǎn)換成可讀的電信號(hào)，從而創(chuàng)建大量不同的傳感器應(yīng)用程序。”

“我們開(kāi)發(fā)材料的3d打印能力也顯示了制造完全透明電路板的潛力，這種電路板可以用于機(jī)器人應(yīng)用。我們希望這種材料可以用于開(kāi)發(fā)各種新型柔性機(jī)器人的應(yīng)用，”同樣來(lái)自新加坡國(guó)立大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程系以及新加坡國(guó)立大學(xué)全球健康研究與技術(shù)生物醫(yī)學(xué)研究所的助理教授tee補(bǔ)充道。

柔性機(jī)器人和一般的柔性電子產(chǎn)品的目標(biāo)是模仿生物組織，使它們更符合人機(jī)交互的機(jī)械要求。除了傳統(tǒng)的柔性機(jī)器人應(yīng)用，這種新型材料的防水技術(shù)使兩棲機(jī)器人和防水電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成為可能。

在這之前，曾有研究人員開(kāi)發(fā)出一種全新的仿藤機(jī)器人，能夠在不移動(dòng)整個(gè)身體的情況下，長(zhǎng)距離生長(zhǎng)，并能蛇形蜿蜒。研究人員表示之所以研發(fā)出柔性機(jī)器人是受到自然的啟示。生物具有生長(zhǎng)的特性，無(wú)論是藤蔓、真菌還是人腦內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞，都能通過(guò)軟性延展來(lái)覆蓋距離，那么仿生裝置應(yīng)該也可以。這種柔性機(jī)器人設(shè)計(jì)允許在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中避開(kāi)障礙，這有望在管道和導(dǎo)管、醫(yī)療設(shè)備以及探索和搜救機(jī)器人中進(jìn)行導(dǎo)航。

這種自我修復(fù)的電子皮膚的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它有減少浪費(fèi)的潛力。助理教授tee解釋說(shuō):“全球每年有數(shù)百萬(wàn)噸的電子垃圾來(lái)自壞手機(jī)、平板電腦等。我們希望創(chuàng)造一個(gè)由智能材料制成的電子設(shè)備能夠自我修復(fù)的未來(lái)，從而減少世界上的電子垃圾數(shù)量。”

未來(lái)研發(fā)方向

助理教授tee和他的團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)他們的研究，并希望在未來(lái)進(jìn)一步探索這種材料的可能性。他說(shuō):“目前，我們正在利用這種材料的綜合性能來(lái)制造新型光電子設(shè)備，它可以用于許多新的人機(jī)通信接口。”