电子皮肤也能自愈了

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在漫威的众多超级英雄中，金刚狼或许是颇让人羡慕的一位，由于拥有自愈因子，无论受了多大的伤，他的伤口总能快速愈合。

而今年11月，以色列理工学院的一群化学工程师们也发现了“自愈”的秘密，只不过这不是什么基因变种，他们发明的是一种可以自愈的传感器。它不仅使电子皮肤可以像真正的皮肤那样拥有修复自身损伤的能力，而且，这种自愈还能在一天之内完成。

电子皮肤已经不是一个新鲜概念了，它目前还没有准确的定义，研究者会按照自己的技术和产品特点各自阐述。但因为大体上和皮肤一样又软又薄，又是贴在皮肤上的电子设备，人们更习惯称它为电子皮肤。

在康复医学领域，人们已经把电子皮肤贴在假肢表面，这样能让残疾人所用的假肢感知外部环境的变化。作为可穿戴设备的一种，它也可以直接贴在人体表面，监测人体生理数据和外部环境变化。

从外表看，它就像一块厚度不超过1毫米的芯片。这种芯片非常柔软，可以被塑造成任何形状和尺寸。但也正因为这点，让它很难实现大规模的商业化应用―截至目前，柔性电子元件仍比真实的皮肤脆弱得多，一不小心就会损坏。

以色列理工学院的研究或许能帮助解决这一问题。其传感器的自愈功能源于一种可伸缩的化敏电阻器，当电子皮肤表面出现“伤口”，受损电路周围的化学环境会发生改变，化敏电阻器便做出反应，改变电极电压，这时，“自愈基质”会自动融入并填满伤口。这种化敏电阻器遍布在传感器内部，就算电子皮肤被切成几段，也能恢复到原来的样子。

化敏电阻器的工作原理，模仿的正是人类皮肤的自愈过程。自愈传感器的自我修复过程就如同伤口愈合时的增生期。在这个阶段，人体内的巨噬细胞及血小板刺激成纤维细胞产生，成纤维细胞开始合成胶原蛋白支持新生组织基质。而在电子皮肤内部，相互之间连通的电路就好比皮肤组织，电路断裂意味着电子皮肤受伤。这时，“自愈基质”就像巨噬细胞和血小板一样发挥作用，产生新的电极电阻以连接并修复电路。

所谓的“自愈基质”是一种黄金纳米颗粒，它存在于化敏电阻器顶端和电极之间。正是这个肉眼无法观察到的颗粒物质用自我膨胀的方式自动修复被破坏的电路。

黄金纳米颗粒有极强的环境适应性，化敏电阻性的特性使它对物理环境变化不敏感，因此在高温或者严寒状态下都能维持自愈功能，而温度在0到10摄氏度之间时，水分冷凝并被黄金纳米颗粒吸收，此时自愈聚合物反应最快。冷凝使颗粒物膨胀，允许聚合物分子链自由流动，即开始“愈合”。

其实，自愈材料并不是第一次出现。美国伊利诺伊大学也曾研发过一种自愈塑料，研究人员给塑料加上了一种人造导管系统，并在这些“假血管”中注入能发生化学反应的液体，这使得它“受伤”后还会和人体皮肤一样流出鲜红色的液体，但在阳光照射或其他外界物理条件刺激下，也能像血液凝结一样使材料凝固。自愈传感器类似，自愈塑料也是利用材料自身的延展性，区别在于，自愈塑料发生的是物理变化，而自愈传感器则是依据电路周围化学环境的变化做出反应。

自愈传感器如果正式，或许很快就会被那些与电子皮肤研发有关的技术公司采用。在美国硅谷，已经有许多公司在研究电子皮肤，让机器人和假肢拥有触觉，或者用一块芯片做成电子身份证。

比如Vivalnk，它就是一家在硅谷注册，实现了“电子皮肤”相关产品量产及商业化的公司。2014年6月，Vivalnk曾与Google合作推出全球首款商用化的电子皮肤技术产品“电子文身”，并应用于Google和摩托罗拉合作的X系列手机上，作为便捷开机的解决方案。在中国市场，Vivalnk也推出了一款NFC（近距离无线通信技术）智能体温计，专门给0至7岁的婴幼儿测体温。家长只需要把一块1厘米见方大小的芯片贴在孩子的额头，就能在手机上读出体温数据。

但由于要贴附在人体表面，电路需要跟随人体的肌肉一起弯曲或伸缩，还会受到人体汗液的影响，很容易造成电路折裂或扯断，也给电子皮肤的柔性带来很大挑战。要避免这一点，柔性电路就要改变传统的电路设计和制造―这又是一个很麻烦的过程。

能够自行修复电路的自愈传感器，则会简化柔性电子产品设计及制造的程序，同时也能降低开发电子皮肤相关产品的难度。“按照自愈性电路的描述，他们在这一问题上似乎提供了很好的解决方式。”Vivalnk公司中国区负责人赵晖对《第一财经周刊》说，他表示，未来可能会运用这种自愈技术。

不过，更容易商业化的“电子文身”并不算是真正意义上的电子皮肤。电子皮肤是柔性电子发展的高级阶段，除了柔性，还应当具有透气、防汗、有延展性等一些类皮肤特性。只有完成包括柔性传感器在内的信号处理、电源管理、无线通信等整个系统的柔性设计，才能形成真正的电子皮肤。

因为技术的限制，在自愈传感器出现之前，柔性电子设备制造并不考虑保护其柔性的问题。柔性主要体现在电路板和布线电路工艺两部分，通常采用纳米头等有一定延展性的材料来制作电路板和电线，而最关键的芯片部分，由于市场上还没有厂家批量生产柔性芯片，只能使用非柔性芯片，因此，如何把非柔性芯片放到柔性电板里，使它整体呈现出来的是柔性属性，是现阶段柔性电子技术主要攻克的难题。

自愈传感器在这点上也能对现在的技术起到补充作用，以色列理工学院的研究员们表示，理论上，与愈合前相比，愈合后的电极使用寿命会增加19倍以上，也就是说，每次“自愈”后，自愈传感器的功能都会更强 大。

不过，他们也承认，目前自愈传感器技术仍处于实验室阶段，尚未成熟。“真正被应用到产品上，公司还要考虑批量生产的难度、用户体验、成本等等问题。”赵晖说。

虽然可能永远无法具有金刚狼那样的能力，但电子皮肤毕竟离我们更近了些。正如该技术开发者之一、以色列理工学院博士Tan-Phat Huynh所说，“自愈传感器提出了一种设想，未来柔性设备能够自我管理，从而可以增加其实用性。”由此，我们对自己的身体，未来也会有更多的掌控权。