最新電子皮膚的觸覺有多靈？連空氣流動都能感受到
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你知道電子皮膚嗎？
它可以讓安裝假肢的人恢復觸覺；
讓機器人體會拿起一個蘋果或杯子所需的力量差異；
將它與智能手表和腕帶等結合，還可實現“智能把脈”……
可謂用處多多！
而如何讓電子皮膚感受不同物體表面的差異，摸出不同粗糙度的那種，一直是個不小的挑戰。
相關研究的最新進展來自中國科學院上海高等研究院，研究人員設計出了一種基于碳材料、具有指紋微結構的3D打印電子皮膚。
該皮膚可以精確檢測壓力，摸出物體表面微米級別的差異！
甚至連空氣的流動都不放過！
成果已發表在綜合性材料期刊ACS Applied Materials & Interfaces。
PDMS微球+石墨烯的創意組合
這個電子皮膚的材料由聚二甲基硅氧烷（PDMS）微球與石墨烯組成。
除此之外，研究人員受到人類指紋的啟發，將它賦予了指紋微結構。
△ 指紋微結構電子皮膚由基底層、電極和傳感器層等組成
制作過程如下：
首先將PDMS加水進行乳化、離心和固化制成PDMS微球 （microspheres），與石墨烯混合。
其中，使用未交聯PDMS-石墨烯混合液態先驅液包覆微球。
然后將混合溶液充分攪拌，得到均勻的凝膠狀油墨。
接著用3DMAX建好具有指紋結構的觸覺傳感器模型。
最后，使用打印機在2分鐘之內打印出一張高為0.3mm、直徑為20mm的實體，再經過60°C的高溫固化5個小時，一張“電子皮膚”就完成了！
這個新型電子皮膚的效果如何？
研究人員進行了力學性能測試、10μm/s加載速度的壓力傳感測試以及摩擦測試等等。
可摸出物體表面微米級別的差異
首先來關注它能否區分微觀結構下不同粗糙度的物體表面。
下圖（a）為顯微鏡下4個不同激光紋理表面樣本，單位：μm，（d）為人類手指對該4個樣本的觸覺反應：
使用以下裝置和操作對該電子皮膚的粗糙反應度進行測試：
可以發現，該電子皮膚可以精確區分不同粗糙度的物理表面：
△ 左為不同粗糙度的激光毛化表面在外加壓力作用下的摩擦力，右為不同摩擦力作用下的阻力變化
除此之外，該電子皮膚還具有以下優點：
1、拉伸能力強?。簜鞲袑拥纳扉L率可達70%。不過隨著石墨烯含量的增加，該性能會下降；
2、響應時間短：60ms的瞬時響應；
3、靈敏度高：隨著壓力的降低（2.9kPa到0.18kPa），該皮膚的靈敏度從0.55kPa⁻ ¹增加到2.4kPa⁻ ¹ 。
這表明該皮膚有在低壓下進行壓力傳感的潛力，比如感受人類皮膚的光觸覺。
4、風荷實驗結果表明，在風速為1m/s的流體環境中，該傳感器還能有效地“觸摸”到氣體和其他流體的變化。
以上表明，這個基于PDMS微球和石墨烯所構建的電子皮膚，不僅可以用于對不同粗糙度表面的檢測，還可用于氣流監測、聲音檢測等。
最后，研究團隊表示，這項工作為電子皮膚的研究提供了新思路，也可應用于可穿戴設備的傳感設計。
論文地址：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c04079
