浑身都是黑科技！歪果仁发明电子创可贴，比你妈还关心你

这夏天一到，露在外面的肉肉一多，遇上个磕磕碰碰就更容易受伤流血了。创可贴就变成了包包里必备的小玩意儿之一。

不过，令人意想不到的是，现在连创可贴这看似简单的小东西也玩起了黑科技，变身智能设备，不仅能随意拉伸改变形状，还能预测伤口啥时候痊愈？

啥是电子创可贴？

这款全新的“电子创可贴”是来自卡内基梅隆大学的研究团队开发的名为ElectroDermis的智能贴片，是一种可穿戴的智能设备，可以粘贴在人的皮肤上，故又被称作电子皮肤，在医疗、健身等领域有着巨大的应用前景。

在形态设计上，此前的可穿戴设备都有着”刚硬“的外形，一般佩戴于手臂或鞋子上，再狠一点的则直接植入体内。对人体的生理指标的监测也比较单一。

ElectroDermis在设计之初则参考了医用绷带，采用柔性电子技术，将铜质电线制作的柔性电路及芯片、传感器等组件夹在纺织物与医用级的胶膜等六层结构之间，并加入皮肤粘合剂，使其更牢固地粘贴在人的皮肤上，舒适又富有弹性。

目前已有的几个形状已经涵盖了人体的多个部位，使用者不会感到明显的束缚感，粘贴时间短则几小时，最长可达几天。

比你妈还关心你

相比于使用方式，ElectroDermis最大的亮点还是在其对人体机能的监测方面，由于其与皮肤的紧密贴合，无需将传感器深入皮肤血肉，也可以精确地获取人体的诸多信息。

如通过关节处的贴片来监测人体的动作、在额头及手臂上则可以监测体温、脉搏、血液颜色、甚至还能贴在肚子上分析出你都吃了些什么、消耗了多少热量，如果将其用于伤口处，则可以判断伤口的愈合情况，并用LED灯作指示。

由于用于监测的传感器等元器件体积较小，因此ElectroDermis有着超低的功耗，从而避免了内置大容量电池占用体积和带来危险。

不完美但值得期待

不过，作为一款可穿戴设备，目前的ElectroDermis似乎还称不上完美，尤其是在制作的过程中并没有针对防水采取相应措施，使其不可清洗，对于经常出汗和洗澡的健身用户而言就带来了不小的麻烦，这玩意儿要想真正落地似乎还需要很长的时间。

此外，这套可穿戴设备还支持自由定制外形与重复使用的特性，只需换上新的皮肤粘合剂层即可继续使用。每制作一个ElectroDermis贴片也只需要不到一小时的时间，成本在30美元左右。

尽管距离量产上市还有一些距离，但从ElectroDermis身上我们或许可以看到智能设备的一种新的可能，或许随着柔性电路和材料的发展，还会有更多电子产品以可折叠的形态呈现，尤其是今年大热的折叠屏手机、笔记本等，或许将不再局限于统一方向的折叠，带来更为丰富的可玩性。

突破性进展！我国科学家开发出一种新型电子皮肤，可比拟人类皮肤

新型电子皮肤轻薄柔软，集成度高（图片来源：参考文献 1）新型电子皮肤电路概念图（图片来源：参考文献 1）版权图库图片，转载使用可能引发版权纠纷

想象一下，如果你能给机器人穿上一件“魔法外衣”，让它能像人类一样感受触摸、压力和摩擦，那会是什么样子？这已不再是科幻小说中的遐想，它已成为现实。

清华大学的科学家们最近在电子皮肤领域取得了突破性进展， 他们开发出了一种具有仿生三维架构的新型电子皮肤，为未来的机器人技术和医疗设备带来了革命性的可能。

仿生三维电子皮肤实物图。图片来源：清华大学

模仿自然的奇迹：电子皮肤的诞生

电子皮肤是一种模仿人类皮肤功能的高科技传感器系统。它就像是机器人或智能设备的第二层皮肤，能够感知外界的各种刺激。

长期以来，科学家们一直在努力让电子皮肤更接近人类皮肤的复杂功能。而清华大学航天航空学院、柔性电子技术实验室的张一慧教授及其团队，从人类皮肤的精妙结构中获得了灵感，实现了电子皮肤从平面到立体的飞跃。

我们的皮肤之所以如此神奇，是因为它不是一个简单的平面结构。想象一块三层的海绵蛋糕，它有蓬松的表面、松软的内部和稍微紧实的底部。我们的皮肤也是类似的三层结构：表皮、真皮和皮下组织。每一层都有不同的功能和特性。

清华大学的科学家们正是基于这种复杂的结构，设计出了一种全新的电子皮肤，它不仅模仿了人类皮肤的三层结构，还复制了皮肤内部感受器的三维分布。

皮肤的结构与仿生三维电子皮肤概念图（图片来源：参考文献 1）

仿生三维电子皮肤的秘密：

精妙结构与超凡感知

清华大学研发的这种新型电子皮肤，就像人类皮肤一样，也由表皮、真皮和皮下组织三层组成。

表皮层就像我们皮肤的最外层，柔软而敏感，能够快速感知轻微的触碰。真皮层位于中间，包含了大部分传感元件，负责精确识别压力和摩擦力。这一层中的传感器采用了独特的八臂笼状结构设计，使其能更好地捕捉外部刺激。皮下组织层则是最内层，主要感知皮肤的整体变形，就像我们感觉到皮肤被拉伸或压缩。

在这个精巧的三层结构中，科学家们巧妙地设计了传感器的分布，模仿了人类皮肤中默克尔细胞和鲁菲尼氏小体的空间分布。

力传感单元位于“笼子”的上部，更靠近皮肤表面，对外部压力极其敏感，就像我们皮肤中的默克尔细胞，能够精确感知轻微的触摸。

应变传感器则位于底部的拱形结构上，与力传感单元保持一定距离，这种设计使得应变传感器主要对皮肤的拉伸敏感，而不受压力干扰，类似于人类皮肤中的鲁菲尼氏小体。

这种独特的三维布局让电子皮肤能够同时感知并区分压力、剪切力和应变，就像我们的皮肤一样。 更令人惊叹的是，这种新型电子皮肤的感知精度可以达到 0.1 毫米，这意味着它几乎可以感知到一根头发丝放在上面的位置，这种精度已经非常接近人类皮肤的极限了。

智能解码与深度学习：

赋予电子皮肤“思考”能力

仅仅有精密的传感器是不够的，就像我们的大脑需要解读神经传来的信号一样，电子皮肤也需要一个“神经中枢”来理解这些数据。清华大学的科学家们使用了先进的深度学习算法， 让计算机能够快速处理和解读这些复杂的信号。这就好比是教会了电子皮肤如何“思考”和“理解”它所感受到的世界。

通过这种方法，电子皮肤不仅可以感知物体的存在，还能判断物体的硬度和形状。 想象一下，机器人仅仅通过触摸就能分辨出苹果是新鲜的还是已经变软了，这是多么神奇的能力！这种技术为未来的智能设备开辟了无限可能。

在医疗领域，新型电子皮肤可能会被用于制作超级灵敏的医疗手套，帮助医生进行早期诊断。它可能能够感知到普通人难以察觉的微小肿块或组织异常。张一慧教授提到，这种电子皮肤还可以像创可贴一样贴在人的皮肤上，实时监测血氧等健康数据，为我们提供一个随身携带的健康监测系统。

未来展望：从科幻到现实的跨越

清华大学科研团队的这项突破，不仅是中国科技实力的一次有力展现，更是人类探索自身奥秘、挑战自然极限的又一里程碑。 这种电子皮肤技术在多个领域都有广阔的应用前景。

在智能假肢领域，它可能让失去肢体的人重新获得触觉，感受爱人手的温度或孩子脸颊的柔软。在工业领域，装配线上的机器人可以更加小心翼翼地处理脆弱的零件，就像有着灵巧双手的工匠一样。

在人机交互方面，我们的智能设备可能变得更加智能和人性化，能够感知我们的情绪状态，或在虚拟现实中提供真实的触感体验。

尽管这项技术非常令人兴奋，但将其大规模应用于现实世界还面临一些挑战，如耐久性、成本、能源供应和数据处理等问题。然而，这些挑战并不能掩盖这项技术的巨大潜力。也许在不久的将来，当你和机器人握手时，对方的手是能够用温柔的触感回应你的“智能皮肤”。

参考文献

[1]Weichen WANG et. al. Neuromorphic sensorimotor loop embodied by monolithically integrated, low-voltage, soft e-skin

策划制作

出品丨科普中国

作者丨李金娟 早稻田大学

监制丨中国科普博览

责编丨董娜娜

审校丨徐来、林林

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