新型電子紋身：有望應用於可穿戴計算！

知識 08-06

近日，美國卡耐基梅隆大學採用現成的印表機，開發出一種具有高度魯棒性和柔性的電子紋身，它有望應用於可穿戴計算、柔性顯示器、軟體機器人等領域。

背景

如今，「紋身」已成為某些時尚青年追求炫酷的標記。可是，說起「電子紋身」，不少人對於這一前沿科技仍會有些陌生。簡單說，電子紋身，就是可以通貼合在人體皮膚上的超薄柔性電子電路。

電子紋身的典型用途之一，就是作為可穿戴感測器粘貼在皮膚上，探測呼吸、心率、發聲等生理指標，用於運動監測、睡眠監測、生物醫療等方面。

例如，筆者曾介紹過美國加州大學聖迭戈分校的研究人員開發的一種檢測汗液中酒精含量的電子紋身，它有助於減少因為飲酒引發的交通事故、暴力和健康問題。

（圖片來源：美國化學會）

電子紋身的應用場景是在人體皮膚上，因此要求相關材料需要具有極好的穩定性、柔韌性、舒適度、靈敏度、健康度。製造電子紋身，往往不僅需要在凈室內採用複雜的製造技術，還需要能滿足柔性電子功能的材料。

創新

近日，美國卡耐基梅隆大學（Carnegie Mellon University）工學院的研究人員們在電子紋身領域進行了創新型的研究探索。他們採用現成的印表機開發出一種具有高度魯棒性和柔性的電子紋身。它有望應用於可穿戴計算、柔性顯示器、軟體機器人等領域。

（圖片來源：卡耐基梅隆大學柔性機器實驗室）

題為「共晶鎵銦輔助的室溫燒結銀納米顆粒製造可拉伸、噴墨列印的薄膜電子」（EGaIn‐Assisted Room‐Temperature Sintering of Silver Nanoparticles for Stretchable, Inkjet‐Printed, Thin‐Film Electronics）的研究論文發表在《先進材料（Advanced Materials）》期刊上。

這項研究由卡耐基梅隆大學柔性機器實驗室和葡萄牙科英布拉大學系統與機器人技術研究所合作開展。

技術

這種低成本工藝，在可粘貼到人體皮膚上的紋身紙中，添加了痕量的液態導電金屬合金。這些超薄紋身可簡單地通過水粘貼到身體上，就像用濕海綿粘貼兒童裝飾紋身一樣。

該校機械工程系副教授 Carmel Majidi 是柔性電子領域的先驅者，他非常熟悉如何克服這個領域中的困難與障礙。近年來，他製造出了液態金屬晶體管、隱形電路、自愈電路、導熱橡膠（Thubber）。在柔性機器實驗室（Soft Machines Lab）中，他和他的團隊成員努力地研發柔性電子紋身，最終獲得了成功。

Majidi 表示：「我們的技術很簡單。我們採用台式噴墨印表機，在臨時的紋身紙上，列印銀納米顆粒的軌跡。然後，我們為顆粒塗上了鎵銦合金薄層，增加導電性並使印刷電路更具機械魯棒性。這種紋身是超薄的，非常有彈性，且製造成本低。」

價值

除了低成本的製造工藝，這些紋身還具有其他優點。它們擁有類似輕質織物的機械特性，因此可以在彎曲、摺疊、扭曲以及達到約30%拉伸（一般相當於人類皮膚的彈性）的情況下，保持住原有的功能性。它們能夠適應並粘貼到高度彎曲的三維表面上，例如人類大腦模型或者檸檬。