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电子皮肤比你想象中还要敏感,连胡茬子都能分辨

科普小知识2022-02-13 07:10:02
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皮肤是你的大脑和整个世界的接口。这听起来就像是一位材料科学家的开场白...但是说实话,人类的皮肤真的很神奇。它精致、敏感、易于感知,并不断为你提供关于周围环境的有用信息。在内心深处,皮肤可以触摸和感受现实生活中的事物,这样我们就能更好地理解现实世界。

电子皮肤比你想象中还要敏感,连胡茬子都能分辨

但是电子学不能做到这一点...至少现在还没有。在过去的十年里,科学家们一直试图让科技产品具有与人类相同的感觉能力。在第一个实验中,他们一次只能感觉到一件事,比如温度、压力等。研究人员试图整合不同的感觉系统,但结果并不令人满意。目前,韩国的一些研究人员已经开发出一种紧凑的电子皮肤,它像人类皮肤一样,使用“多任务处理器系统”,可以同时感受压力、温度和声音(说白了,就是气压)。

在发表在《科学进步》杂志上的一项研究中,科学家们从指纹中找到了设计灵感。指纹处的皮肤可以说是身体上最敏感的。它上面的脊可以非常小心地放大振动和触感。这样,你就能分辨出什么是皱的,什么是粒状的,什么像天鹅绒一样精致。此外,真皮层和表皮层结合在一起,导致更多的接触点。在韩国研究的人造皮肤也有凸起的线条,并被两层粗糙的薄膜(如真皮和表皮)夹在中间。因此,它的灵敏度足以检测到一缕头发的存在,并区分出一根硬胡子和一根短胡茬。(是的,他们甚至尝试过这个...)

电子皮肤比你想象中还要敏感,连胡茬子都能分辨

让电子皮肤能够处理多种任务的关键是一种由高聚物和氧化石墨烯组成的材料。当温度变化时,这种材料会产生电流。当物体停留在皮肤上时,阻力系数将随着皮肤上的凸起被挤压的程度而变化。因此,如果一滴水落在电子皮肤上,科学家将能够估计水的温度和下落的高度。

目前这只是一个概念的证明,但它的衍生应用已经被构想出来——例如,成为一个仿生人或者卢克·天行者的假手掌绝对酷。然而,直到最近,微制造技术才赶上了人类半机器人的幻想。现在,每隔几个月就会有实验室推出新设计:带传感器的手套!印有电路的粘性纸!(听起来很奇怪...)

“我们正处于非常早期的阶段,”本杰明·蒂是新加坡材料与工程研究所的皮肤研究员。"电子皮肤的现状就像北大荒."科学家们仍在提出新的想法,看哪一个能站得住脚。换句话说,看看哪些技术产品有合适的规格,可以低成本大规模生产。

目前,电子皮肤可能无法投入使用。然而,这种皮肤在医学领域有很好的前景。李是韩国东亚大学的化学工程师。这种皮肤对声波非常敏感,所以用它来做助听器什么的很好。他的团队还将像胶带一样薄的柔性皮肤绑在他的手腕上测量他的脉搏。

“用靠近皮肤的材料测量的信号比用方形刚性卷尺测量的信号好得多。”约翰·罗杰斯是伊利诺伊州立大学的材料科学家。罗杰斯的实验室正在研究一种电子设备,比如收集人类健康数据的临时纹身。将来,电子皮肤可以使外科手术机器人更加敏感,还可以用来包裹假肢,帮助老年人更好地应对生活。

如果我们超越医学领域,电子皮肤本质上是一个智能表面。因此,在理论上,设计师可以在人们互动的任何地方应用技术。本杰明指出,苹果公司最近对力触摸(一种新的触摸传感技术)和3D触摸(新一代多点触摸技术)的投资就是很好的例子。“当然,我们正试图与数字世界无缝集成,”他说,“但问题是,我们如何才能将数字世界的这些冰冷的1和0与我们真正能触摸到的东西集成在一起?”

每个人都很敏感——也许我们的技术也应该敏感。

(蝌蚪君编译自《连线》,译者操作,转载时必须注明蝌蚪源人员。)