可拉伸扩展的多功能集成电子皮肤简析

人体皮肤是活跃、敏感和高弹性的感觉器官，承担着保护身体、排汗、温度调节、感知冷热和压力等功能。人体躯体感觉系统能够通过皮肤中的触觉、温度、痛觉等感受器，将外界环境刺激转化为电脉冲信号，经过神经通路传导至神经中枢，从而使皮肤获得触觉、痛觉等感觉功能。基于皮肤这种多功能生物模型，科学家们开展了一门新兴学科研究——触感电子学（俗称“电子皮肤”，Electronic skin, E-skin），用来模仿皮肤的感觉功能如触觉、温度感知等功能。目前，电子皮肤在柔性或弹性基底上制作具备探测压力、温度或其他刺激的传感器及阵列，可感知周围环境中的各种物理、化学、生物等信号，将有助于开发新型人机接口、智能机器人、仿生假肢等智能化系统。此外，电子皮肤的重要发展趋势是多功能化与多重刺激同步监测。

近日，在中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员潘曹峰、中科院外籍院士王中林的指导下，潘曹峰课题组博士化麒麟、副研究员鲍容容等提出了一种柔性可拉伸扩展的多功能集成传感器阵列，成功将电子皮肤的探测能力扩展到7种，实现温度、湿度、紫外光、磁、应变、压力和接近等多种外界刺激的实时同步监测。研究人员通过微纳加工技术，制备出大倍率（8倍及以上，可根据需要设计）的聚酰亚胺（PI）拉伸结构网络，其中包括众多传感器节点和蜿蜒拉伸结构。基于这种拉伸结构网络，多种传感器能够以二维分布式或三维叠层式结构进行多功能化集成，并且多种传感单元可独立工作而不互相影响。利用基底的可拉伸性能，可实现电子皮肤的探测面积扩张，为其进一步的功能扩展提供了便利。此外，研究人员利用这种电子皮肤制造出一种具有定制化功能集成的智能假肢，既赋予了假肢触觉功能，也使假肢具备了温度感知的能力。该研究将有助于开发新型人机接口、智能机器人、仿生假肢等智能化系统，多功能集成电子皮肤还可同步监测周边环境多种变量，用于人体健康监测等领域。