科學家研發一種機器人“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:人體皮膚由一個復雜而專門的感覺系統組成，它可以檢測周圍的環境刺激并將信息傳遞給大腦。最近，有個團隊開發出了一款人類皮膚非常相似“智能皮膚”。

它能同時感應壓力、濕度和溫度并產生電子信號。因此，更靈敏的機器人或更智能的假肢是可以期待的。

據science daily報道[1]，這個“智能皮膚”項目由ERC獎獲得者、TU Graz固態物理研究所的研究人員Anna Maria Coclite開發的，具有如此多感官特性的材料是智能人工材料技術中的一種‘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對機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”。這項開創性研究的結果現已發表在《先進材料技術（Advanced Materials Technologies）》雜志上。[2]

近六年來，作為Coclite ERC項目智能核心的一部分，該團隊致力于智能皮膚的開發。每平方毫米有2000個單獨的傳感器，這種混合材料甚至比人的指尖更敏感。這些傳感器都由獨特的材料組合組成:內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，氧化鋅對這種應力和所有其他機械應力產生電信號。”這讓一種極薄的材料以極高的空間分辨率對壓力、濕度和溫度同時發生反應，并發出相應的電子信號。

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中的三種已知方法結合起來:水凝膠材料的化學氣相沉積，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用領域正在不斷擴大。例如，在醫療保健領域，傳感器材料可以獨立檢測微生物并作出報告。這意味著可以實現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境的機器人。

在應用上，智能皮膚有一個決定性的優勢: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的。例如，這個過程已經在集成電路的生產工廠中得到了很好的應用。因此，智能皮膚的生產可以很容易地擴展和實現在現有的生產線。

智能皮膚的屬性目前正在進一步優化。Anna Maria Coclite 和她的團隊希望擴大材料反應的溫度范圍并提高人造皮膚的柔韌性。