人造电子皮肤破损后可自行修复，有望造出有类似人类触觉的机器人
发布时间： 2023-06-07 14:16:10 点击量：
图为不混溶动态聚合物薄膜的5层交替层压薄膜的深度剖面数字显微镜照片。图片来源：斯坦福大学
据发表在最新一期《科学》杂志上的论文报道，美国斯坦福大学研究人员首次展示了一种多层薄膜传感器，这种人造电子皮肤可在愈合过程中自动重新排列。这是模仿人类皮肤的关键一步。这一进步预示着一个机器人和假肢新时代或将到来，未来它们将拥有类人触觉的自愈合成材料制造的“皮肤”。
斯坦福大学博士生克里斯·库珀表示，人类皮肤有很多层，在愈合过程中分工相当明确有序，每一层都会有选择地自行愈合，以恢复整体功能。而新电子皮肤层可以模仿这一点，它也是由层组成的。它刚刚进化出免疫机制，通过涉及分子识别和信号传递的复杂过程，重建具有原始分层结构的组织。
研究人员介绍说，多层人造皮肤具有各自不同的功能层，每层薄至1微米，甚至更薄。10层或更多层堆叠在一起的厚度不超过一张纸。有的层可能感觉到压力，有的层感觉温度，还有的层具有张力。不同层的材料可以被设计成具有感应热、机械或电气变化的特性。
这种人造皮肤为何能自动重新修复？秘密就在每层的主干都是由长分子链组成的，这些长分子链通过动态氢键定期连接，就像将DNA链的双螺旋连接在一起的分子链一样，这使得材料可以重复拉伸而不会撕裂。
研究人员使用了聚丙二醇和聚二甲基硅氧烷，这两种聚合物及其各自的复合材料是不混溶的，氢键使它们彼此很好地黏合在一起，从而创建了耐用的多层材料。
这两种聚合物的优点是，当加热时，它们会变软并流动，但冷却时会凝固。因此，通过加热人造皮肤，研究人员能够加快愈合过程。在室温下，愈合可能需要长达一周的时间，但当加热到70℃时，约在24小时内可愈合。经过设计，这两种材料在适当的温度范围内对外部应力具有与真人皮肤一般的黏性和弹性。
来源: 科技日报 作者: 张佳欣
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