【电子皮肤|藏文科普｜电子皮肤可自愈？甚至比人类皮肤更强大？】
撰文 / 娄正（中国科学院半导体研究所）
本文来自《知识就是力量》杂志
艾米·穆林斯（Aimee Mullins）是一名运动员、模特 ， 也是一名演员 ， 但同时 ， 她也是一位小腿截肢的残疾人 。 凭借着非凡的毅力和坚强的内心 ， 以及每次出门都要携带的装有20双适合不同场合义肢的行李箱 ， 艾米惊艳了世界 ， 也成就了自己 。 显然 ， 义肢不仅仅成为她行动上的支撑 ， 更成为了一种美学的装饰 。 但是 ， 当前的义肢即使做的再精美华贵 ， 在功能性和整体性上都不能与人体本身相提并论 。 而如今 ， 电子皮肤（E-skin）的出现为义肢的发展 ， 乃至人类医疗的发展提供了新的机遇 。
丰富的感知功能
电子皮肤是一类具有多重感知能力的电子产品 ， 通过采用柔性、可愈合材料作为基底 ， 使其能够向人类或者其他生物皮肤一样同时具备感知和柔韧的特性 。
受限于制作成本和电子皮肤本身的前景 ， 当前最为广泛应用的方向显然是医疗领域 。 而随着器件小型化进程的发展以及云处理能力的进一步提升 ， 像生物印章之类的产品将会越发轻巧纤薄 ， 能够像人类皮肤一样完全贴敷在人体表面也不再是天方夜谭 。 在2017年的美国消费电子展（CES）上 ， 来自中国的Rotex公司展示出了一种名为电子文身的柔性电子产品 。 得益于平面电子产品制备技术的发展 ， 这种电子产品非常纤薄 ， 可以直接贴在人体的任意皮肤处 ， 并且能够有效地收集生理代谢物、体温等身体信号 。
生物印章可贴于身体的特定部位（图片来源：mc10inc.com）
通过对电子皮肤的功能进行特殊设计 ， 小小的电子皮肤可以对人体和外界的多种信息进行采集和传输 。 搭配上目前已经实现的人体自主控制的人造肢体 ， 如美国国防部先进技术局（DARPA）生产的LUKE仿生假肢 ， 某些残疾的人即可获得灵活的肢体控制和全面的感知系统 ， 从而变得比正常人更加强大 。
强大的自愈能力
得益于细胞的全能性 ， 人体在一定的损伤范围内能够实现在功能和外观的自我修复 。 认识了人体修复的基本原理后 ， 科学界受到启发也提出了电子皮肤自我修复的理论 。
首先 ， 大部分柔性材料本身的有机聚合物体系就是通过长链的聚合物分子缠结形成的 ， 在条件（如温度和湿度）允许的情况下 ， 材料本身就可以通过动态共价键或者非共价键的再生以及聚合物链在受损界面的重新缠结来重建 。
其次 ， 即使某些聚合物本身无法实现自愈 ， 通过事先添加愈合剂到电子皮肤的基底材料当中也能够使其在受到损伤后完成一定次数的愈合 。
伤口愈合过程示意图
从效果上来看 ， 电子皮肤的自愈能力和人类皮肤相比仿佛没什么优势 ， 甚至还有损坏主要电路后无法恢复正常工作的可能性 ， 但是要知道 ， 化合物的自愈条件是可以通过调整材料体系实现人为控制的 。
多种极端条件下自主愈合的电子皮肤材料（图片来源：天津大学官网）
生物进化的初衷是为了能够生存下去、适应环境的变化 ， 而人类在如今的时代中不仅能够利用条件适应环境 ， 还能够通过工具有效地改造环境使其更适合人类生存 。 自然在人类进化中的推动作用在逐渐减小 ， 而电子皮肤这一新兴人类文明产物将促使人类文明与电子文明进一步融合 ， 赋予人类更为有力的工具去探索和改造未知的世界 。
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