新型電子皮膚：柔性更好，尺寸更小！

知識 08-14

導讀

最近，由韓國和美國科學家領導的國際科研團隊開發出一種新型電子皮膚微系統，可監測心率、呼吸、肌肉運動和其他健康數據，並可將數據無線發送至智能手機。相對於現有的健康追蹤器，這種電子皮膚通過「三維布局」帶來了一些改進，例如柔性更好、尺寸更小。

關鍵字

柔性、可穿戴技術、醫療電子

背景

如今，醫療電子相關技術不斷興起並蓬勃發展，其中由感測器、電路和無線電元器件製成的柔性可穿戴設備獨樹一幟，作為一項新興前沿技術，備受科學家關注。這些柔性可穿戴設備非常適合應用於人體軟組織，例如皮膚，實時監測各項生理健康數據。

有關這種柔性可穿戴設備，筆者曾經作過一些相關介紹，例如韓國首爾基礎科學研究院科學家開發出的柔性石墨烯腕帶，它能夠監測並治療糖尿病。

（圖片來源：Hui Won Yun / 首爾大學）

美國西北大學的研究團隊開發出一種史無前例的柔性微流體設備，它可以很方便地貼在皮膚上，測量佩戴者的汗液成分，而監測身體對於運動的反應以及健康狀況。

（圖片來源：John A. Rogers / 西北大學）

然而，對於目前大多數的柔性可穿戴設備來說，它們的電子組件和連接線都採用的是二維布局。可是二維布局使得這些柔性可穿戴設備在柔韌程度、尺寸、功能性方面都受到了一些限制。

創新

今天介紹的創新技術的關鍵點就是用三維布局取代這種二維布局。這是一種新型的電子皮膚微系統，它可以監測心率、呼吸、肌肉運動和其他健康數據，且可將數據無線發送至智能手機。相對於現有的健康追蹤器，這種電子皮膚通過「三維布局」進行了一些改善，例如柔性更好、尺寸更小，而且能通過貼片貼在身體上任何部位，這種貼片是一種非常柔軟的硅膠，直徑約為4厘米（1.5英寸）。

（圖片來源：大邱慶北科學技術院）

韓國大邱慶北科學技術院（DGIST）機器人工程系教授 Kyung-In Jang 和美國西北大學生物集成電子中心的主任 John A. Rogers領導的國際團隊負責開發這種新型電子皮膚。相關研究論文發表於《自然通信》雜誌。

技術

這種電子皮膚大致結構如下：它一共約含有50個部件，這些部件由250個微型線圈組成的網路連接在一起，並嵌入到防護硅膠中。不同於其他堅硬的剛性可穿戴監測器，柔性材料使得這種監測器可以很好地適用於人體，並將運動和呼吸數據，以及心臟、肌肉、眼睛、大腦的電活動數據，通過無線方式發送至智能手機應用程序。整個系統由無線方式供電，而不是通過電池。

（圖片來源：大邱慶北科學技術院）

不同於傳統的二維平面感測器，這種設備中的微型線圈是三維的，從而使得柔性變得最大化。線圈像彈簧一樣，能夠被拉伸和收縮，而不被折斷。這種線圈和感測器組件也可設置成特殊的「蜘蛛網」圖案，從而確保「任何方向上都具有統一且極高的拉伸性和彎曲性。」，也使得部件包裝地更加緊湊，尺寸變得最小化。研究人員將這種設計比作一個彎曲纏繞的藤蔓，連接著感測器，而電路和無線電器件就像藤蔓上的葉子。