前沿科技之斯坦福大学开发出“超级皮肤”

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据美国物理学家组织网2月24日报道，美国斯坦福大学的研究人员研发出了一种集压力感应、生化检测、太阳能发电于一体的“超级皮肤”。研究人员称，这种人造材料除能“感觉”到极为轻微的触摸外，还能检测到化学和生物分子，并能借助其上的太阳能电池涂层为上述传感器提供电力。由于这种“超级皮肤”柔软并具有一定的延展性，预计未来在服装、机器人制造以及义肢设计等领域具有广泛的应用前景。
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) s  @$ c: ?  f　　“超级皮肤”一专多能
　　2月20日负责该项目的美国斯坦福大学化学工程学教授鲍哲南，在美国华盛顿召开的美国科学促进会年会上公布了这一研究成果。据鲍哲南介绍，制造这种人工皮肤的原料是有机晶体管的一种，主要由柔性高分子材料和碳基材料组成。为了使其具有触觉，该晶体管中有一层极薄的高弹性橡胶层，从微观视角看，它们由无数个微型倒金字塔按网格结构排列而成。
# L" C7 j  R7 _& h　　当遇到压力时，该橡胶层的厚度会发生变化，从而使通过晶体管的电流发生改变。根据敏感度水平的不同，该传感器每平方厘米上都有从几十万到数千万个这样的微型倒金字塔。研究人员称这种传感器极为敏感，即便一只苍蝇落在上面也能够被准确感知。此外研究人员还为该传感器增加了生化检测和太阳能供电功能。
　　如果要对特定的生物分子进行检测，就需在晶体管表面涂上一种能与其相互结合的另一种分子。这种涂层只需要1-2纳米厚即可。同样的方法也能用于化学物质检测。对晶体管的结构进行调节后，“超级皮肤”便可以检测出环境中特定的气体或液体。根据检测对象的不同，还可对传感器及相关半导体材料进行调整。
　　此外，鲍哲南和她的团队还证实了以这种方法对某种DNA进行检测的设想，并正在研究拓展这项技术，使其可以检测蛋白质，为医疗诊断提供依据。研究人员解释称，对于大多数疾病来说，通常都有一个或多个特定的蛋白质（即所谓生物标志物）与其相关，因此，根据所检测到的蛋白质便可推断出所患疾病。
　　为了解决供电问题，研究人员利用这种涂层技术使电子皮肤具有了发电的功能，这使“超级皮肤”的移动更轻便、结构上也更为简单。和普通的柔性太阳能电池相比，新研究成果还具有拉抻延展的功能，在保证正常工作的前提下可沿两个水平方向拉伸。这种太阳能电池可被拉伸到原有长度的1.3倍且能迅速恢复原状，而且整个过程不会产生任何的损坏或断电。
　　能屈能伸“百折不挠”
　　我们知道，在身体的很多运动部位——例如肘部和膝盖，无论是皮肤还是衣服都会有一定的褶皱。这些特殊的结构其实发挥着十分重要的作用。试想一下，如果用于这些位置的材料，只具有柔性而不能延展，在移动或运动时就极有可能发生破裂。
　　这种“超级皮肤”拥有延展性的原因在于，在“超级皮肤”中的微型单位具有与波浪类似的结构，就像手风琴一样，可以在一定程度内拉长或缩短。置于其中的液态金属电极则可以在整个过程中保持稳定运行。即便处于延展状态，超级皮肤上的太阳能电池也能持续提供电能。因此，除服装外，这些材料未来还可以在汽车、镜头以及建筑中获得应用。
　　鲍哲南说，在她看来超级皮肤远比完全模拟皮肤功能的人工皮肤强大的多，它可以让机器人或其他设备来执行超越人体皮肤功能的任务。例如，当一个具有蛋白检测功能的机械手接触到某个人时，它就会发现这个人患有某种疾病。或者，当其接触到某个人的汗水时，它就会说，“哦，这个人一定喝醉了。”
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