近年來(lái)，美、日、德、中等國(guó)研究人員各自開(kāi)發(fā)出觸感細(xì)微的電子皮膚，并已解決了其互動(dòng)性、延展性等技術(shù)難題.人造電子皮膚取代真皮移植?或許不久后，這將成為現(xiàn)實(shí)，不再是癡人說(shuō)夢(mèng)。

目前，美、日、德、中等國(guó)研究人員各自開(kāi)發(fā)出觸感細(xì)微的電子皮膚，并已解決了其互動(dòng)性、延展性等技術(shù)難題。科學(xué)家斷言，除了醫(yī)學(xué)植皮，電子皮膚更能在機(jī)器人設(shè)計(jì)、可穿戴設(shè)備、人工智能等領(lǐng)域大展身手。

跟“切膚之痛”說(shuō)再見(jiàn)

在古代亞洲和歐洲，“割肉補(bǔ)瘡”有近2500年的歷史，只不過(guò)考慮當(dāng)時(shí)的醫(yī)療和麻醉水平，這似乎更是一種酷刑?，F(xiàn)代植皮手術(shù)最早出現(xiàn)在19世紀(jì)末。數(shù)據(jù)顯示，全世界每年接受皮膚移植的患者人數(shù)近20萬(wàn)，存在不可恢復(fù)性皮膚創(chuàng)傷且尚未接受植皮手術(shù)的患者總數(shù)超過(guò)400萬(wàn)。

對(duì)皮膚組織的不可修復(fù)性損壞，考慮到身體排斥性反應(yīng)，植皮幾乎是唯一選擇。醫(yī)生主要靠切取患者自身或他人皮膚進(jìn)行移植修復(fù)，難以忍受疼痛不說(shuō)，還會(huì)在患者取皮部位留下新創(chuàng)傷，身體和心靈的創(chuàng)痕往往難以磨滅。

此外，大面積皮膚損傷患者的植皮來(lái)源也是問(wèn)題。移植后的皮膚十分脆弱，還存在觸覺(jué)減弱、免疫力下降等后遺癥。在各國(guó)科學(xué)家的努力下，超仿真電子皮膚模型正在成熟。如果投入人體試驗(yàn)，這將是患者的福音。

超仿真不是夢(mèng)

電子皮膚模擬、還原甚至取代機(jī)體皮膚，首先要具備感覺(jué)和觸覺(jué)，即與人體皮膚一樣感知不同外界壓力，暢通傳導(dǎo)觸覺(jué)信號(hào)的最基本功能。

早在2003年，日本東京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用低分子有機(jī)物——并五苯分子制成薄膜，通過(guò)其表面密布的壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)了電子皮膚感知壓力。

時(shí)隔兩年，該研究團(tuán)隊(duì)又在特殊塑料薄膜中重疊嵌入分別感知壓力和溫度的兩組晶體管，在晶體管電線交叉的位置使用微傳感器記錄電流起伏，可判斷出日常溫度和每平方厘米300克以上的壓力。此外，這種電子皮膚成本相當(dāng)廉價(jià)，每平方米只需100日元(約1美元)。

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出的電子皮膚，可辨別更細(xì)微的壓強(qiáng)，這種由聚合樹(shù)脂和敏感橡膠覆蓋鍺硅混合納米線制成的皮膚，可感知50克以下的細(xì)微壓力。

隨著尖端材料科學(xué)研究的深入，石墨烯、碳納米等特殊材料因超輕薄、韌性強(qiáng)、電阻率小等優(yōu)良特性，被科學(xué)家認(rèn)為是電子皮膚的優(yōu)良“基底”。例如，由中國(guó)研究人員使用碳納米管傳感器制成的高靈敏度皮膚，甚至可感知到20毫克螞蟻的重量。

英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員，也正在嘗試將隨意拉伸和變形的電路移植到透明的彈性硅膠上，力圖賦予電子皮膚更多近似人體皮膚的物理特性。按照設(shè)計(jì)，這種電子皮膚可包裹四肢與手臂，有望應(yīng)用于皮膚移植。

然而，電子皮膚真正移植于機(jī)體前，還要考慮皮膚內(nèi)部的生理功能與結(jié)構(gòu)問(wèn)題。電子皮膚如何才能與周圍正常皮膚的神經(jīng)、肌肉、淋巴及腺體等和諧共生?如何將感知的觸覺(jué)反饋給神經(jīng)細(xì)胞，并接受神經(jīng)精確無(wú)誤的指令傳輸?這都是科學(xué)家們下一步努力的方向。

皮膚搭起“橋梁”

電子皮膚的應(yīng)用絕不局限在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，同3D打印、大數(shù)據(jù)等創(chuàng)新科技成果一樣，電子皮膚將為某些領(lǐng)域帶來(lái)質(zhì)的改變。

目前，即便世界上最逼真、最仿生的義肢，也難以實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)的突破。具有觸感能力的電子皮膚，卻完全能使假肢理解觸摸、彎曲或按壓等動(dòng)作，幫助配有假肢的人恢復(fù)感覺(jué)。

跳出醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，電子皮膚無(wú)疑將是研發(fā)智能機(jī)器人領(lǐng)域的革命。機(jī)器人設(shè)計(jì)雖早已實(shí)現(xiàn)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等功能，并能進(jìn)行一些復(fù)雜的技術(shù)操作，但由于皮膚恰恰是機(jī)器人技術(shù)研發(fā)中容易被忽視的部分，直接導(dǎo)致笨重的“盔甲”往往難以檢測(cè)多方向的觸覺(jué)三維力，難以體會(huì)拿起一個(gè)蘋果或一個(gè)杯子所需力量的差異。

具備良好壓敏特性和柔韌性的電子皮膚可解決機(jī)器人設(shè)計(jì)的難題，它既能幫助機(jī)器人敏感獲知環(huán)境信息，又賦予了其機(jī)械靈活性。

對(duì)引導(dǎo)未來(lái)IT潮流的可穿戴設(shè)備，電子皮膚也大有可為。作為一種可嵌入或覆蓋人體的高精尖設(shè)備，未來(lái)不需要給慢性病患佩戴電子監(jiān)視設(shè)備來(lái)跟蹤心率、血壓、血糖等指標(biāo)，電子皮膚就是人體健康最好的指示標(biāo)。

例如電子皮膚與智能手表和腕帶等結(jié)合，只需要把電子皮膚輸出的電學(xué)圖形信號(hào)加以比對(duì)分析，就可實(shí)現(xiàn)“智能把脈”?？茖W(xué)家還設(shè)想，利用裝有電子皮膚的設(shè)備監(jiān)測(cè)咽喉部肌肉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微弱壓力變化，完全可將壓力變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為語(yǔ)音，為聾啞人群充當(dāng)“傳聲筒”。

電子皮膚正在超越皮膚本身的屬性。從技術(shù)趨勢(shì)來(lái)看，電子皮膚為假肢制造、機(jī)器人設(shè)計(jì)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域搭起了橋梁。