近日，美國華人學者鮑哲南帶領的團隊開發出一種基于塑料的“電子皮膚”，不僅可以區分握手的輕與重，而且還能把這種感覺傳遞給大腦。如果可以大范圍應用，那么很多依靠假肢生活的人或許有一天可以通過它獲得真實的觸感。
這項研究發表在10月15日的《科學》上。文章解釋說，這種新研發的電子皮膚像“一頁紙那么薄”，可以分為兩層，外層是可以感知壓力的傳感器，由塑料材料加上碳納米管制成；內層是由噴墨打印機印刷出的柔性電子電路，可以把壓力信號改變成電信號并傳遞給大腦。
電子皮膚原理似乎并不復雜，但是實現起來卻并不容易。早在2010年，這項研究就曾經在專業期刊發表過，也是鮑哲南團隊所做。
神奇的電子皮膚
看似薄薄的一片，實際上電子皮膚上密布著電子線路。2010年，鮑哲南發明的電子皮膚就具備了極高的靈敏度，它能夠感受類似小飛蟲的壓力。當時，鮑哲南表示，如果把這種材料運用到機器人身上，輕輕拿起一只雞蛋不捏碎就成為可能。如果運用到醫學上，可以制成檢測器，為癌癥病人準確區分硬的癌細胞和軟的健康細胞，從而保障切除癌細胞手術的快速準確。如果用在汽車方向盤上，當駕駛人因困乏或走神，手握方向盤松動時，感應器就會及時提醒。
如今，鮑哲南團隊借助了一種名為光遺傳學的技術，研究人員改造了實驗鼠的大腦神經細胞，使得人造皮膚能夠向這種改造后的細胞傳遞電信號，而當電子皮膚受到的壓力越大，其電極的接觸范圍越大，從而導電性能越好，感知壓力的變化。下一步，研究人員將研制可以感知溫度、痛覺等感覺的電子皮膚。
雖說名叫“皮膚”，但是它的應用范圍不僅僅在人體或假肢，機器人、手機和電腦的觸摸式顯示屏、汽車安全和醫學上都可以見到電子皮膚的身影。因為這種電子皮膚具備良好的自愈能力，當其受到損傷后，幾秒內其強度和導電性就恢復到原來的75%。30分鐘過后，它幾乎恢復如初。如果應用到手機屏幕上，或許人們就會擁有一個屏幕摔碎也能神奇恢復的手機。
電子皮膚或將改變我們的生活
雖然距離廣泛應用還存在一些距離，但是電子皮膚帶給人類生活的改變可以預見。在材料科學家看來，皮膚是人類大腦與這個世界的接口，它敏感，反應速度快，迅速幫助人類感知周邊環境，對人類認識和理解世界起到了巨大的作用。
對比當下的智能穿戴設備，似乎都是冷冰冰只能通過簡單的觸摸完成指令，但是未來，電子皮膚的應用會賦予智能穿戴設備靈活的“生命力”。
10月31日，發表在《科學進展》上的一篇文章，闡述了來自韓國的科學家們通過聚合物和氧化石墨烯混合物，模仿指尖的紋路，研發了一款電子皮膚。它可以感知一根頭發的壓力，甚至還可以分清邋遢的胡須和稀疏的胡渣。更神奇的是，若一滴水落在電子皮膚上，它就能迅速識別水的溫度和性質，并能判斷出水滴下落的高度。
然而，電子皮膚真正移植于機體前，還要考慮皮膚內部的生理功能與結構問題。電子皮膚與周圍正常皮膚的神經、肌肉、淋巴及腺體等能否和諧共生，將感知的觸覺反饋給神經細胞，并接受神經精確無誤的指令傳輸，這都將是科學家們下一步努力的方向。
人造皮膚vs電子皮膚
雖然有些媒體將鮑哲南團隊的研究翻譯為人造皮膚，其實，首先提到的鮑哲南教授的新研究成果應該叫電子皮膚，而不是人造皮膚。事實上電子皮膚和人造皮膚是兩個完全不同的概念。
“人造皮膚是指具有再生修復缺損皮膚的一類人工皮膚替代物。而電子皮膚是一種具有皮膚一樣柔性、纖薄的柔性電子傳感器。” 浙江大學組織修復與再生醫用高分子材料課題組教授馬列告訴記者。簡單來說，前者更接近于人類的皮膚，后者則屬于可延展電子器件的范疇，可以應用到更廣闊的領域。
在人體中，皮膚是最大的器官，也是人體抵抗外界細菌的第一關，還可以保持體內的水分平衡。然而，一些意外或導致皮膚大面積缺損，比如燒傷。如果沒有皮膚的保護，重度燒傷者會出現嚴重脫水，甚至無法抵抗危及生命的細菌。
以往的經驗是從傷者的身體其他部位取下健康的皮膚移植到傷處，但如果是大面積燒傷，正常皮膚所剩無幾，那么就只能選擇異種移植，但這樣往往會發生排斥反應。
為了應對這種情況，科學家開始研發人造皮膚，這是一種由人工合成的人造皮膚。第一塊人造皮膚是由美國科學家百科和亞諾斯發明的。這兩位科學家利用鯊魚軟骨和來自牛皮中的膠原蛋白為原料發明了一種人造皮膚。
隨著科學的發展，干細胞培育、膠原、殼聚糖等材料也都被應用到人造皮膚的領域。“雖然自體皮移植仍然是修復效果最好的治療手段，然而，由于供皮來源有限的問題，難以滿足臨床的需求。”馬列表示。“基于組織工程與再生醫學的人造皮膚，在供給量、質量控制等方面都具有一定優勢，但目前市售的人造皮膚在恢復皮膚排汗、感知等功能方面還無法達到天然皮膚的水平。”
延伸閱讀
電子皮膚研發史
早在2003年，日本東京大學的研究團隊利用低分子有機物——并五苯分子制成薄膜，通過其表面密布的壓力傳感器，實現了電子皮膚感知壓力。
時隔兩年，該研究團隊又在特殊塑料薄膜中重疊嵌入分別感知壓力和溫度的兩組晶體管，在晶體管電線交叉的位置使用微傳感器記錄電流起伏，可判斷出日常溫度和每平方厘米300克以上的壓力。此外，這種電子皮膚成本相當廉價，每平方米只需100日元（約1美元）。
2009年底飛利浦研究實驗室宣布他們已經完成一項新的技術E-skin（電子皮膚），主要用于產品的外觀裝飾。電子皮膚是飛利浦正在進行的電子紙研究的一部分，使用這項技術可以對各種產品覆蓋一層“變色皮膚”。
電子皮膚可以覆蓋在各種設備上，不需要使用背光光源，它可以接受周圍環境的光線來實現顏色適配和節能，在戶外也能像油漆一樣保持色彩明亮生動。這項新技術初期將用于手機、MP3等小型設備的外觀增強。
而美國加州大學伯克利分校研究團隊設計出的電子皮膚，可辨別更細微的壓強，這種由聚合樹脂和敏感橡膠覆蓋鍺硅混合納米線制成的皮膚，可感知50克以下的細微壓力。
隨著尖端材料科學研究的深入，石墨烯、碳納米等特殊材料因超輕薄、韌性強、電阻率小等優良特性，被科學家認為是電子皮膚的優良“基底”。例如，由中國研究人員使用碳納米管傳感器制成的高靈敏度皮膚，甚至可感知到20毫克螞蟻的重量。
英國劍橋大學的研究人員，也在嘗試將隨意拉伸和變形的電路移植到透明的彈性硅膠上，力圖賦予電子皮膚更多近似人體皮膚的物理特性。按照設計，這種電子皮膚可包裹四肢與手臂，有望應用于皮膚移植。
