最强人造皮肤来了：自我修复5000次，拉伸28倍，灵敏度惊人

专家称，强韧、有弹性、敏感的人造皮肤已经开发出来，可以自我修复5000次，未来可以用于外科修复。这种人造皮肤也被称为“电子皮肤”，是由沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学的研究人员开发的。

研究小组表示，这种人造皮肤将来可以用于监测人体健康或飞机结构状况，因为它和人类皮肤一样敏感。虽然这不是科学家们第一次尝试“电子”复制人类皮肤，但之前的尝试都无法与真正的产品相匹配。

这款原型皮肤可以感知8英寸（20.32厘米）以外的物体，在不到十分之一秒的时间内做出反应，并自我修复5000多次。研究报告的作者Yichen Cai博士说，理想的电子皮肤应该模仿人类皮肤的许多自然功能，包括实时感知温度和触觉。 

Yichen Cai博士解释说:“然而，要制造出既能完成如此精细的任务，又能承受日常生活磕碰和摩擦的柔性度合适的电子产品是一项挑战，而且每一种材料都必须经过精心设计。”

之前复制人类皮肤的尝试结合了一层由活性纳米材料制成的传感器层和一层附着在皮肤上的弹性层。但这两层之间的连接往往太弱或太强，降低了它的耐用性、敏感性或灵活性，使它更容易断裂。

Yichen Cai博士说:“皮肤电子产品的发展日新月异。”“2D传感器的出现加速了将这种原子般薄、机械强度高的材料集成到功能多、耐用的人造皮肤中的努力。”

为了解决这个问题，研究人员使用了一种由二氧化硅纳米颗粒增强的水凝胶来创建它们的“弹性表面”，并使用高导电纳米线将其与2D碳化钛MXene传感器结合起来。

合著者Jie Shen博士说:“水凝胶中70%以上是水，这使得它们与人类皮肤组织非常兼容。”

他们发现，通过向各个方向预先拉伸水凝胶，然后应用一层纳米线并控制其释放，创造了通往传感器层的通路，即使材料被拉伸到原来的28倍，传感器层也不会受到影响。

研究人员称，他们研发的电子皮肤原型可以感知8英寸外的物体，并在不到十分之一秒的时间内对刺激做出反应。

与此同时，它还具有很高的灵敏度，可以区分在其表面书写的笔迹，并能承受5000次变形，在大约四分之一秒内恢复。

Jie Shen博士说:“电子皮肤在反复使用后还能保持韧性，这是一个惊人的成就，模仿了人类皮肤的弹性和快速恢复。”

这项新发明可能有助于制造能够监测包括血压变化在内的生物信息的假肢。这些信息可以通过Wi-Fi共享并存储在云端。

合著者Vincent Tung说:“电子皮肤广泛应用的一个障碍在于高分辨率传感器的扩大。”“然而，激光辅助增材制造提供了新的前景。”

Yichen Cai博士表示，虽然电子皮肤的第一个用途是医疗，但它可以应用于很多产品，包括用于测量家具、飞机和建筑物结构健康状况的传感器带。“我们设想这项技术应用在生物学以外的未来。”

这一研究结果发表在《科学进展》杂志上。

我们感知世界方式之一就是通过皮肤，皮肤为提供我们了一个屏障和物理缓冲，保护身体免受外部环境。除了对外界物理刺激(如压力和张力)作出反应外，皮肤经常处于一种“张力稳态”状态，即皮肤外层附近的细胞通过胶原纤维维持一种稳定的张力。这种张力有助于保持内部结构坚固而灵活。

如何研发出一种媲美真正皮肤的电子皮肤，一直是科学家感兴趣的方向，并且近年来所获颇丰。

今年8月，来自新加坡国立大学的科学家称，他们已经研制出一种可用于机器人和假肢的电子皮肤，可以重现一种类似于人类触摸的触感，但不是很灵敏。

这种电子皮肤称为Asynchronous Coded Electronic Skin，由通过单个导线连接的传感器网络组成。据悉研究人员花了一年半的时间研发了这种电子皮肤，可以用在机器人或假肢上，创造一种能够感知疼痛、温度、形状和纹理的触觉。

据报道，这一灵感来源于《星球大战5:帝国反击战》中的一个场景，卢克·天行者失去右手后，由一个能够体验触觉的机器手取代。

去年3月，这一团队还从水母吸取灵感，打造出一种自愈合、可伸缩、触摸敏感的电子皮肤，可以用于开发软机器人和各种人机交流接口。

研究团队将一种弹性塑料和一种富含氟的离子液体混合在一种凝胶中，从而创造出一种透明的皮肤，这种皮肤能够“自我修复”，并能在潮湿的环境中工作，这是其它凝胶——比如用于组织工程的水凝胶——无法做到的。神奇的是，这种皮肤在海水中，甚至在酸性或碱性环境中都能很好地工作。

而在今年9月，来自澳大利亚的研究人员更是成功开发出一种人造皮肤，能像真实皮肤一样对疼痛刺激做出反应，以前所未有的细节复制痛苦刺激的反馈回路，并且能够区分疼痛的严重程度。这意味着离造出能感知疼痛的智能机器人不远了。

10月，日本理化研究所生物系统动力学研究中心(BDR)的研究人员也开发出一种改良的人造皮肤，它能在侧方向重现牵引力平衡，这是一种控制皮肤结构和生理功能的特性。这种人造皮肤进一步加深对皮肤生理功能的了解，为疾病或衰老引起的皮肤问题提供解决方案，减少对动物实验的需求。

编译/前瞻经济学人APP资讯组