科學(xué)家研發(fā)一種機(jī)器人“智能皮膚”觸覺比人類皮膚還靈敏

站長之家（ChinaZ.com）5月20日 消息:人體皮膚由一個復(fù)雜而專門的感覺系統(tǒng)組成，它可以檢測周圍的環(huán)境刺激并將信息傳遞給大腦。最近，有個團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一款人類皮膚非常相似“智能皮膚”。

它能同時(shí)感應(yīng)壓力、濕度和溫度并產(chǎn)生電子信號。因此，更靈敏的機(jī)器人或更智能的假肢是可以期待的。

據(jù)science daily報(bào)道[1]，這個“智能皮膚”項(xiàng)目由ERC獎獲得者、TU Graz固態(tài)物理研究所的研究人員Anna Maria Coclite開發(fā)的，具有如此多感官特性的材料是智能人工材料技術(shù)中的一種‘圣杯’。特別是，更好的集成，更精確的類似于人類皮膚的傳感系統(tǒng)對機(jī)器人和智能假肢有很大的意義。

這位研究人員通過一種新工藝，成功開發(fā)出了用于下一代人工電子皮膚的三合一混合材料“智能皮膚”。這項(xiàng)開創(chuàng)性研究的結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在《先進(jìn)材料技術(shù)（Advanced Materials Technologies）》雜志上。[2]

近六年來，作為Coclite ERC項(xiàng)目智能核心的一部分，該團(tuán)隊(duì)致力于智能皮膚的開發(fā)。每平方毫米有2000個單獨(dú)的傳感器，這種混合材料甚至比人的指尖更敏感。這些傳感器都由獨(dú)特的材料組合組成:內(nèi)部是水凝膠形式的智能聚合物，外殼是壓電氧化鋅。

Coclite解釋道:“水凝膠可以吸水，因此在濕度和溫度變化時(shí)膨脹。在此過程中，它向壓電式氧化鋅施加壓力，氧化鋅對這種應(yīng)力和所有其他機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生電信號。”這讓一種極薄的材料以極高的空間分辨率對壓力、濕度和溫度同時(shí)發(fā)生反應(yīng)，并發(fā)出相應(yīng)的電子信號。

Anna Maria Coclite稱，“第一批人造皮膚樣本厚度約6微米，即0.006毫米。但它可以更薄”。相比之下，人類表皮的厚度為0.03至2毫米。人類皮膚能感知大約一平方毫米大小的物體。智能皮膚的分辨率比人類皮膚小一千倍，可以記錄人類皮膚感應(yīng)不到的更小的物體（如微生物）。

納米級材料加工

各個傳感器層非常薄，同時(shí)配備有覆蓋整個表面的傳感器元件。研究人員首次將物理化學(xué)中的三種已知方法結(jié)合起來:水凝膠材料的化學(xué)氣相沉積，氧化鋅的原子層沉積和聚合物模板的納米印刷光刻。

種類似皮膚的混合材料的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。例如，在醫(yī)療保健領(lǐng)域，傳感器材料可以獨(dú)立檢測微生物并作出報(bào)告。這意味著可以實(shí)現(xiàn)給佩戴者提供溫度或濕度信息的假肢，或者可以更敏感地感知周圍環(huán)境的機(jī)器人。

在應(yīng)用上，智能皮膚有一個決定性的優(yōu)勢:感官納米棒——材料的“智能核心”——是使用基于蒸汽的制造工藝生產(chǎn)的。例如，這個過程已經(jīng)在集成電路的生產(chǎn)工廠中得到了很好的應(yīng)用。因此，智能皮膚的生產(chǎn)可以很容易地?cái)U(kuò)展和實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有的生產(chǎn)線。

智能皮膚的屬性目前正在進(jìn)一步優(yōu)化。Anna Maria Coclite 和她的團(tuán)隊(duì)希望擴(kuò)大材料反應(yīng)的溫度范圍并提高人造皮膚的柔韌性。