什么是電子皮膚？特性有哪些？應用領域介紹

1、電子皮膚

電子皮膚也稱人造皮膚，是指根據人體皮膚的特點，利用柔性傳感器的電子技術，將檢測到的外界信息變化通過不同的電信號反饋給識別裝置，達到模擬人體皮膚的觸覺感知功能的一種新型的智能可穿戴觸覺傳感器。電子皮膚能夠以定量的方式表達各類感覺，這使其在智能傳感領域、醫療健康監測領域具有廣泛應用，甚至是可以幫助皮膚受損患者或者傷殘者重新獲得失去的感知能力。

2、電子皮膚的特性

(1)可拉伸性

電子皮膚的使用環境，常常是在復雜的、不平整的表面，要使電子皮膚在這樣的環境下可以發揮良好的作用，需要其具有良好的柔軟可彎曲性以及良好的拉伸性能。目前被用來實現可拉伸性的方法主要有：使用導電水凝膠等新型導電可拉伸性材料、將傳統導電材料通過網格或裂紋結構使之可彎曲拉伸、或其它特殊制備的方法。

(2)自愈性

人體皮膚在被割傷后，在一段時間內會自然結疤恢復。對于電子皮膚而言，要求傳感材料被劃傷或被割裂以后，在一定條件下可以恢復原有的形狀并且仍然具備優異的傳感功能。為了保持電子皮膚的自愈性，可以通過混合治愈劑或混合動態可逆鍵制備自愈材料。

(3)自供電性

電子皮膚是通過電信號來傳遞信息的，電源就是必不可少的，我們通常使用的電池是笨重、堅硬的，很難與輕薄、柔軟的電子皮膚相結合。而通過環境或人體獲取能量的自供電系統驅動電子皮膚的使用既環保又便捷。自供電的方式也有多種，如機械能供電、生物燃料電池供電、納米壓電等。

(4)生物兼容性

將電子皮膚用于醫學領域及健康檢測，需要貼合在人體表面或植入人體來進行監測，這不僅要求電子皮膚無毒無害，還要使人體不發生免疫排斥，具有良好的生物相容性。

3、電子皮膚的分類

根據傳感方式可以分為四類，分別是應變傳感、濕度傳感、溫度傳感和代謝物傳感。

(1)應變傳感

應變傳感是一種基于感受并測量物體受力變形所產生的應變的傳感方式，是一種在各個領域都非常常見的傳感方式。在某方面來說，應變傳感也可以叫壓力傳感，兩者并沒有太大區別，壓力傳感是能感受壓力信號(比如力的大小和受力時間的長短)，并能按照一定的規律將壓力信號轉換成可用的輸出電信號的一種傳感方式。

(2)濕度傳感

濕度傳感器常用的工作方式為電阻抗式，通常在柔性基底上制備金屬探測電極，水分含量的大小會影響檢測電極之間的阻抗，通過檢測阻抗大小即可獲得所需的信息。在某些情況下，濕度傳感器具有不與待測物體直接接觸的特點，這使其成為實現遠距離非接觸式信號感應的重要手段。

(3)溫度傳感

溫度傳感是指能感受溫度并轉換成電信號輸出所需的傳感方式。溫感是人體和外界環境交互的重要信息，精確的皮膚溫度可以提供有關認知狀態、心血管健康、惡性腫瘤和許多其它重要的生理方面的信息，同樣能夠感受溫度也是電子皮膚需要的基礎功能之一。

(4)代謝物傳感

代謝物傳感是一種生物傳感，主要根據人體代謝物中各種生物小分子的濃度變化和大小來反映一些問題。當前最為成熟的是通過檢測汗液中的生理成分來監測重要信號的柔性電化學傳感器，其具有無創性、 減少對皮膚的刺激和易于測量的優點。

4、電子皮膚的應用

目前所研發的電子皮膚在健康監測、觸覺、人機交互、生物醫療、心率脈搏檢測等方面已有顯著作用，并帶來了更多的可能性，且由于材料、基底、結構和器件等選擇不同，所設計出的電子皮膚的類型和特性會有所不同，應用到各方面所發揮的作用也會不同。

(1)健康監測

現代醫療檢測儀器不僅價格昂貴，而且檢測過程復雜，許多儀器檢測后不能立即得到診斷結果。但通過電子皮膚，患者不僅可以實現無創檢測，而且可以實時得到檢測結果。

(2)觸覺感知

在制備過程中將性能較高的電子皮膚貼合在機器人或假肢的表面，通過溫度傳感器或濕度傳感器感受周圍環境變化，能夠使機器人或者假肢擁有與人類相似的觸覺。

(3)人機交互

將電子皮膚裝飾在機器人表面，當觸摸它時會立即產生信號給控制器，以實現機器人的智能感知。在智能電器上增加這樣的一個人機界面，人的動作和安裝傳感器的設備會實現更好的互動，使人機交互設備擁有更加真實的觸感。

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