電子皮膚的“超能力”

林適雨

相信看過電影《X戰(zhàn)警》的人都會為萬磁王強(qiáng)大而神奇的能力所折服，他可以控制任何金屬，無論他想干什么都完全不需要起身，只要動動手指就行了。

實(shí)際上，隨著科技的進(jìn)步，我們的生活早已變得簡單了許多，比如使用帶有語音識別功能的電子設(shè)備就可以打開燈、打開空調(diào)等。在很多情況下，我們和萬磁王非常相像?，F(xiàn)在，這種相似性將進(jìn)一步升級，電子皮膚的出現(xiàn)可以讓我們動動手指就能控制一些電子設(shè)備。

在過去的幾年中，電子皮膚引起了軟件和材料工程師的廣泛關(guān)注。電子皮膚的功能多種多樣，它可以像創(chuàng)可貼一樣，貼在人體皮膚上，追蹤人體的肌肉運(yùn)動、心率和大腦活動等健康數(shù)據(jù);它也可以讓機(jī)器人感受到環(huán)境的變化，未來甚至可能讓機(jī)器人擁有觸覺。

接下來，就讓我們一起來了解神奇的電子皮膚吧！

電子皮膚將世界置于掌中

電子皮膚是一種能夠戴在手上的薄膜，或者可以移植到人體上的仿真皮膚。在電子皮膚中安裝不同的裝置，就可以讓它擁有不同的功能。

2018年，德國亥姆霍茲聯(lián)合會（科研機(jī)構(gòu)）的研究人員丹尼斯·馬卡洛夫和他的同事開發(fā)了一種可以在不接觸的情況下操縱物體的電子皮膚，它具備定向感知能力（確定物體的位置和遠(yuǎn)近）。

這款電子皮膚是手套形狀的，在手心的位置是磁場傳感器，同時指尖還有微小的磁鐵。當(dāng)人的手做出各種動作時，指尖的磁鐵就會改變位置，進(jìn)一步改變手部附近的磁場，磁場傳感器便可以捕捉到手部的細(xì)微動作，并將動作指令傳輸?shù)较鄳?yīng)的電子設(shè)備上。

戴著這款電子皮膚的實(shí)驗(yàn)人員不需要接觸實(shí)際的鍵盤，就可以遠(yuǎn)程在虛擬鍵盤上打字。在另外的試驗(yàn)中，研究人員在不接觸燈的情況下，動動手指，就成功改變了燈的亮度。

研究人員說，未來電子皮膚將會給我們的生活帶來極大的便利。該設(shè)備可能在導(dǎo)航、機(jī)器人、再生醫(yī)學(xué)、體育、游戲以及虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互方面有很大的用途。研究小組還準(zhǔn)備將傳感器的靈敏度提高兩到三個數(shù)量級，并根據(jù)地球磁場校準(zhǔn)該設(shè)備。

獲得真實(shí)的觸覺

觸覺是人類最基本的五感之一，它能夠幫助人們感知周圍的環(huán)境，并且及時規(guī)避可能的危險。然而對于一些肢體不健全的人來說，想要正常地通過觸覺感受這個世界仿佛成了奢望。不過，電子皮膚的出現(xiàn)給這類人帶來了福音。

目前，即便世界上最逼真、最仿生的假肢，也難以實(shí)現(xiàn)觸覺的突破。具有觸感能力的電子皮膚，卻完全能使假肢理解觸摸、彎曲或按壓等動作，幫助配有假肢的人恢復(fù)感覺。

那么，電子皮膚是如何做到的呢？

電子皮膚具有觸覺的原理大同小異，不同的研究機(jī)構(gòu)稍稍有些差別，這里以美國加州斯坦福大學(xué)研究人員開發(fā)出的一種高靈敏度的電子皮膚為例，這種電子皮膚甚至能夠感受到一只蝴蝶落在手上的輕微壓力。

電子皮膚由三部分元件構(gòu)成：壓力傳感器、電路和具有特殊蛋白的神經(jīng)細(xì)胞，通過這三個元件，電子皮膚就能實(shí)現(xiàn)觸覺信號的接受、轉(zhuǎn)換和傳遞。壓力傳感器是皮膚最重要的感受裝置，它能夠感受到外界壓力的變化并將壓力轉(zhuǎn)換為電阻。傳感器連接著電路，將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電脈沖信號。接下來，通過光電裝置（比如微型LED燈），電信號又被轉(zhuǎn)換成光信號。含有特殊蛋白的神經(jīng)細(xì)胞再將光信號轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號，就這樣實(shí)現(xiàn)了觸覺的傳遞過程。

能夠感知壓力的觸覺可以幫助人們識別物體的形狀和紋理等。如果同時使用可測量壓力、溫度、濕度和氣流的傳感器，電子皮膚最終會像真的皮膚一樣，甚至讓我們更加靈敏地感受世界。

曾出現(xiàn)在科幻小說中的電子皮膚，現(xiàn)在已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)中的技術(shù)。相信隨著研究的深入，電子皮膚能在醫(yī)療、增強(qiáng)人體功能等領(lǐng)域大放異彩。