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- 機(jī)器人的“新裝”
- 來源：機(jī)器人天空 發(fā)表于 2011/2/28
據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)2月24日報道，美國斯坦福大學(xué)的研究人員研發(fā)出了一種集壓力感應(yīng)、生化檢測、太陽能發(fā)電于一體的“超級皮膚”。研究人員稱，這種人造材料除能“感覺”到極為輕微的觸摸外，還能檢測到化學(xué)和生物分子，并能借助其上的太陽能電池涂層為上述傳感器提供電力。由于這種“超級皮膚”柔軟并具有一定的延展性，預(yù)計未來在服裝、機(jī)器人制造以及義肢設(shè)計等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
“超級皮膚”一專多能
2月20日負(fù)責(zé)該項目的美國斯坦福大學(xué)化學(xué)工程學(xué)教授鮑哲南，在美國華盛頓召開的美國科學(xué)促進(jìn)會年會上公布了這一研究成果。據(jù)鮑哲南介紹，制造這種人工皮膚的原料是有機(jī)晶體管的一種，主要由柔性高分子材料和碳基材料組成。為了使其具有觸覺，該晶體管中有一層極薄的高彈性橡膠層，從微觀視角看，它們由無數(shù)個微型倒金字塔按網(wǎng)格結(jié)構(gòu)排列而成。
當(dāng)遇到壓力時，該橡膠層的厚度會發(fā)生變化，從而使通過晶體管的電流發(fā)生改變。根據(jù)敏感度水平的不同，該傳感器每平方厘米上都有從幾十萬到數(shù)千萬個這樣的微型倒金字塔。研究人員稱這種傳感器極為敏感，即便一只蒼蠅落在上面也能夠被準(zhǔn)確感知。此外研究人員還為該傳感器增加了生化檢測和太陽能供電功能。
如果要對特定的生物分子進(jìn)行檢測，就需在晶體管表面涂上一種能與其相互結(jié)合的另一種分子。這種涂層只需要1-2納米厚即可。同樣的方法也能用于化學(xué)物質(zhì)檢測。對晶體管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)后，“超級皮膚”便可以檢測出環(huán)境中特定的氣體或液體。根據(jù)檢測對象的不同，還可對傳感器及相關(guān)半導(dǎo)體材料進(jìn)行調(diào)整。
此外，鮑哲南和她的團(tuán)隊還證實了以這種方法對某種DNA進(jìn)行檢測的設(shè)想，并正在研究拓展這項技術(shù)，使其可以檢測蛋白質(zhì)，為醫(yī)療診斷提供依據(jù)。研究人員解釋稱，對于大多數(shù)疾病來說，通常都有一個或多個特定的蛋白質(zhì)（即所謂生物標(biāo)志物）與其相關(guān)，因此，根據(jù)所檢測到的蛋白質(zhì)便可推斷出所患疾病。
為了解決供電問題，研究人員利用這種涂層技術(shù)使電子皮膚具有了發(fā)電的功能，這使“超級皮膚”的移動更輕便、結(jié)構(gòu)上也更為簡單。和普通的柔性太陽能電池相比，新研究成果還具有拉抻延展的功能，在保證正常工作的前提下可沿兩個水平方向拉伸。這種太陽能電池可被拉伸到原有長度的1.3倍且能迅速恢復(fù)原狀，而且整個過程不會產(chǎn)生任何的損壞或斷電。
能屈能伸“百折不撓”
我們知道，在身體的很多運動部位例如肘部和膝蓋，無論是皮膚還是衣服都會有一定的褶皺。這些特殊的結(jié)構(gòu)其實發(fā)揮著十分重要的作用。試想一下，如果用于這些位置的材料，只具有柔性而不能延展，在移動或運動時就極有可能發(fā)生破裂。
這種“超級皮膚”擁有延展性的原因在于，在“超級皮膚”中的微型單位具有與波浪類似的結(jié)構(gòu)，就像手風(fēng)琴一樣，可以在一定程度內(nèi)拉長或縮短。置于其中的液態(tài)金屬電極則可以在整個過程中保持穩(wěn)定運行。即便處于延展?fàn)顟B(tài)，超級皮膚上的太陽能電池也能持續(xù)提供電能。因此，除服裝外，這些材料未來還可以在汽車、鏡頭以及建筑中獲得應(yīng)用。
鮑哲南說，在她看來超級皮膚遠(yuǎn)比完全模擬皮膚功能的人工皮膚強(qiáng)大的多，它可以讓機(jī)器人或其他設(shè)備來執(zhí)行超越人體皮膚功能的任務(wù)。例如，當(dāng)一個具有蛋白檢測功能的機(jī)械手接觸到某個人時，它就會發(fā)現(xiàn)這個人患有某種疾病。或者，當(dāng)其接觸到某個人的汗水時，它就會說，“哦，這個人一定喝醉了�！�
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