电子皮肤离我们有多远

在日前召开的腾讯WE大会上,斯坦福大学化学工程系主任鲍哲南教授表示,科技使未来有无限可能,人造皮肤将会改变我们未来的生活。

其实早在几年前,科学家们就提出了一个大胆的设想——将手机的功能融入到我们穿的衣服上,融入到贴在我们身上的电子器件上,甚至将手机功能植入到体内,这就是电子皮肤。

电子皮肤的概念其实等于一个电子器件,它可以向人的皮肤一样感知、测试,可以让我们知道感觉。可以想象,在未来的世界,当我们可以真的用电子皮肤感受到周围环境甚至是人的情绪,在餐厅吃饭时能通过电子皮肤感受饭菜的香味,并将其传输给远方的家人。这种基于人机交互式的感知颠覆,或将改变我们未来的生活。

当然,就目前的技术而言,电子皮肤还处在概念阶段。

鲍哲南表示,研发人造电子皮肤目前面临三大挑战。一是寻找特殊材料。人体不是一条直线电子皮肤覆盖在人体上,不能束缚人的运动也能不碎裂。这就要求电子材料不能太刚硬,电子皮肤的材料必须像真正的皮肤一样柔软可拉伸,甚至可以自修复、生物降解;第二个挑战是电子皮肤要有感知,能感受到温度、压力、细腻程度等;第三个挑战是大脑要能处理电子皮肤的信号。

事实上,鲍哲南已经花了16年时间重点解决这些问题。目前,已经研发出自修复、柔性分子组成的材料,即使用针刺它,也不会碎裂。

鲍哲南表示:“我们所做的是可以自修复的材料,可拉伸的材料。从化学设计上,我们用了一种新的设计理念,在分子层面上来说,这些分子不像一般的固体分子,它们具有拉伸性,它的化学键可以不断地打碎,又可以再次形成,甚至具有生物降解的性能”。

有了新材料后,鲍哲南团队还开发了高灵敏度压力传感器,即使闭着眼睛也可以分辨出触摸的东西。

鲍哲南表示,三个挑战中最重要最困难的就是让大脑理解接收到的信号。人体大脑从皮肤接收的信号是电脉冲信号,因此,人造皮肤也必须能将传感器接收到的信号变为电脉冲信号,这个信号还要通过神经传输到大脑。“因为材料要直接跟人体接触,所以材料的稳定性、安全性、对人体是否有害等,所有这些问题都是需要很长的时间才可以验证的。这个问题可能是三个问题当中最难解决的。”

目前来看,人造皮肤要真正用到人的身上还需要一段时间。不过,鲍哲南表示,研究人造皮肤过程中给科学家们带来了意想不到的发现。比如婴儿刚出生时非常脆弱,通过监测婴儿血压时要用像针一样的设备刺进血管,对婴儿有很大伤害,所以大多数医生不监测新生儿的血压。对婴儿身体检测来说,会缺少非常重要的信息。如果用人造皮肤做成血压计,轻轻地贴在婴儿身上,就可以连续地监测血压。又比如已经广泛应用在电动汽车上的锂电池,现在还达不到所需的功能和安全,如果用自修复材料,可以让锂电池变得更加稳定,并且可以提高储电量。

鲍哲南认为,机器人的应用可能是未来电子皮肤的中远期应用,目前可穿戴或医疗的机械上加传感器,可以无创性地连续测血压,目前已经做出了产品,验证之后就可以在市场上用。“更加远期一些应用就是脑机结合,人造皮肤来做脑机结合的好处是,这些皮肤或者是皮肤形貌的电子器件,不是用金属的针跟神经接触,所以不会对神经产生伤害,同时还会使信号获得更加准确。”