電子皮膚：能藏進文身的可穿戴設備

　　現如今，可穿戴的電子產品，例如手環、iwatch、谷歌眼鏡等大受歡迎，不過相較於電子皮膚來說，這些「便攜」的產品都太過笨重了。

　　電子皮膚作為一種可穿戴電子產品，不同於現在常見的可穿戴設備，它輕薄得像你的皮膚一樣，可以貼在你的手腕或者身體其他任何需要的位置，甚至能成為你身體的一部分。

　　電子皮膚有什麼功能？

　　眾所周知，皮膚是我們和周圍環境接觸的保護層和中介，我們用手掌的皮膚去感受杯壁的冷熱，用手指的皮膚感受衣物的材質紋理，用舌頭的皮膚感覺酸甜苦辣，用鼻腔的皮膚聞到花香。而人造的電子皮膚就是：它除了能做到人類皮膚能做到的這些之外，還能實時測量人的心跳脈搏、血壓血糖，能夠發光發熱、存儲數據，甚至還有一種貼在舌頭上的電子皮膚，能讓盲人看到周圍的物品。

　　電子皮膚最初出現在大眾的視野中是科幻作品，比如《星球大戰》的假手和《終結者》中的機器人。而科學家開始研究電子皮膚則可以溯源到1970年代，那個帶著感測器的假手。其後，在2004年科學家發明了可彎曲的矩陣皮膚，2008年又發明了微結構的壓力感測器。而近年電子皮膚也由於在生物醫學領域的潛力，得到了廣泛研究和關注。比如在2011年由美國斯坦福大學的科學家提出並製造的一種可以伸縮的微小的太陽能電池，可以為電子皮膚的壓力感測器等提供能量。在2013年，斯坦福大學還發明了一種可以藏在文身貼里的電子皮膚。

▲圖為電子皮膚背面

　　如何實現電子皮膚的功能？

　　要實現電子皮膚的功能，首先要把電子器件做得又薄又輕，更關鍵的問題在於如何讓它能夠柔軟地貼合皮膚且不至於因彎折而壞掉。現如今使用最為廣泛的電子器件是硅做的，而硅的薄片你可以想像成一片薄脆的餅乾，難以彎曲，如果用力彎曲拉扯就會折斷或者碎得掉渣。到達納米級別厚度的硅納米帶是可以彎曲的，但是在拉扯或者壓縮下也會出現裂紋，碎裂的電子產品一般就無法使用了。

　　研究者們為了解決電子皮膚在彎折和拉扯壓縮下斷裂的問題，鑽研出了許多不同的方法。主要分為兩大方向，其一是利用本身就可以彎曲拉扯不會壞掉的高分子聚合物新材料，就像樹脂或者橡膠那樣的本身具有彈性的材料，來製造新型的電子皮膚；其二是利用現有的常規電子材料，通過結構上的新設計來實現可以彎折的電子皮膚。

　　那什麼樣的結構能夠使得本來薄脆、彎曲拉扯下容易斷裂的材料變成貼合皮膚，能承受較大程度彎折的電子皮膚呢？目前常見的結構主要有三大類：

　　1.手風琴結構

　　先把一塊作為襯底的高分子聚合物拉伸到它本來長度的兩倍長，再將一片很薄的硅條貼合在它上面，然後放鬆下面的襯底，硅條就變得彎彎曲曲或者皺巴巴了。這樣處理之後的硅材料就可以承受100%以內程度的拉伸。這就像是將一根橡皮條拉長，再在上面貼一張紙條，放鬆之後紙條順著拉伸的方向變得皺起來。同時一張本來不能拉伸的紙條，在這樣的處理之後，就能夠有一定程度的拉伸和彎曲了。

　　2.編織結構

　　把本來硬邦邦的材料編織成網狀，他們就能利用網狀的空隙進行一定程度地拉伸、壓縮和彎曲而不斷裂了。這就像是一片鐵片用手很難拉長或者壓縮，但是一塊小小的鐵絲網我們就能用手拉長或者壓扁了。

　　3.島狀結構

　　島狀結構顧名思義就是一座座小島，傳統的無法彎折的電子器件分散地排布著，像是一座座分離的小島，而連接這些島嶼的金屬導線則是彎彎曲曲的。這些彎彎曲曲的導線承擔了彎曲和拉扯帶來的壓力，而小島一樣的器件則安穩地各司其職。

　　電子皮膚對人體有害嗎

　　另外，大家也不必顧慮這樣的電子皮膚是否有害於人體，一般的電子皮膚只是用透明的塗料貼在表面，用特定的洗劑或者工具就可以取下，比一般的刺青容易去掉得多，甚至還可以重複利用。而嵌入人體的電子皮膚，也會使用生物兼容性的材料，化為身體的一部分而不產生排異反應。此外，電子皮膚也不單單只用在人體，因為它是如此的柔軟輕便，它可以用在很多東西的表面，比如服裝、飾品、輸液袋以及機器人的表面等等。

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