悄然走來的織物化電子皮膚

電子皮膚貼片是將一種像衣服一樣的設(shè)備貼在皮膚上以達到特定的功能，市場上大多數(shù)成功的產(chǎn)品并不一定稱為“電子貼片”，但屬于同一種類型。業(yè)界發(fā)現(xiàn)，所謂的電子皮膚應(yīng)用范圍越來越廣。這是他們過去不曾預(yù)料到的。

能探測健康的織物傳感器

工程師已研制出一種試驗貼片，它可接收皮膚發(fā)出的生理信號，然后將這些健康讀數(shù)無線傳輸?shù)焦潭ㄔ谝路锏慕邮掌魃?，稱之為BodyNet系統(tǒng)。人們往往認為皮膚的保護功能理所當然，而忽略了它發(fā)出細微信號的作用，比如心跳加速或?qū)擂文樇t。

美國斯坦福大學工程師研發(fā)出一種檢測皮膚發(fā)出的生理信號的方法，這種傳感器就像創(chuàng)可貼一樣粘在皮膚上，然后把讀數(shù)發(fā)送到夾在衣服上的接收器上。為了演示這種可穿戴技術(shù)，研究人員將傳感器固定在一受試者的手腕和腹部，通過檢測他們的皮膚在每次心跳或呼吸時的拉伸和收縮情況，監(jiān)測受試者的脈搏和呼吸。同樣，在人的肘部和膝蓋上也可附著這類貼片，通過測量肌肉彎曲時皮膚收緊或放松的時間，來跟蹤手臂和腿部的運動。

化學工程教授鮑哲南(Zhenan Bao)的實驗室在近期《自然電子》(Nature Electronics)雜志上發(fā)表的一篇文章中描述了這一系統(tǒng)。其實驗室已在嘗試開發(fā)新的貼片以檢測汗液和其他分泌物，追蹤諸如體溫和壓力等變量。其最終目標是創(chuàng)造一套無線傳感器，傳感器可附著在皮膚上，并與智能服裝一起工作，從而比現(xiàn)在消費者使用的智能手機或手表更準確地跟蹤更廣泛的健康指標。

科學家確定無疑，他們有朝一日即可研發(fā)出一種全身皮膚傳感器陣列，在不干擾人體正?；顒拥那闆r下收集生理數(shù)據(jù)。

電子皮膚的作用：可伸縮、舒適度再加功能化

由14人組成的博士后團隊花了三年時間設(shè)計人體傳感器。其目標是開發(fā)佩戴舒適、沒有電池或剛性電路的技術(shù)，以避免貼片與皮膚間發(fā)生錯位和收縮。他們最終利用射頻識別技術(shù)的數(shù)字變化滿足了設(shè)定的參數(shù)，即用射頻識別技術(shù)控制無鑰匙房門的閉合。當人拿著身份證對著射頻識別接收器時，電子身份識別器上的天線就從接收器上獲取了一小點射頻識別能量，并利用它產(chǎn)生代碼，然后將其發(fā)送回接收器。這樣，智能房門就自動開啟。

車身貼紙類似于這種身份識別系統(tǒng):它有一隱形天線，可從衣服上的接收器接收到微弱的RFID能量并轉(zhuǎn)為傳感供電。然后，又從皮膚獲取讀數(shù)，并將其傳回附近的接收器。但為了使附著在人體上的無線貼片起作用，研究人員須創(chuàng)造一種可像皮膚一樣伸展和彎曲的天線。他們通過在橡膠貼紙來做到這一點。然而，每當天線彎曲或拉伸時，人的運動就使信號過于微弱和不穩(wěn)定，無法使用。

為解決這個問題，斯坦福大學研究人員開發(fā)出一種新型的射頻識別系統(tǒng)，它可在不斷波動的情況下向接收器發(fā)送強大而準確的信號。然后，電池供電的接收器使用藍牙定期將貼紙上的數(shù)據(jù)傳輸送至智能手機、電腦或其他永久存儲系統(tǒng)。貼紙的最初版本依靠微小的運動傳感器來測量呼吸和脈搏讀數(shù)。研究人員目前正研究如何將汗液、體溫和其他傳感器整合到天線系統(tǒng)中。

為了讓這一技術(shù)超越臨床應(yīng)用，進入消費者友好型設(shè)備，研究人員需克服另一挑戰(zhàn)，即讓傳感器和接收器彼此靠近。在試驗中，研究人員在每個傳感器上方的衣服上夾了一個接收器。傳感器和接收器一對一配對，這在醫(yī)學監(jiān)控中是可行的，但要研發(fā)人可在鍛煉時身著防護網(wǎng)似的服裝也能織入的天線。這樣，無論把傳感器放在哪里，都能接收和傳輸信號并都能探測人的健康狀況。這無疑是個偉大的健康創(chuàng)舉。

織物化貼片還能做什么

糖尿病管理方面的產(chǎn)品包括血糖實時監(jiān)測裝置即所謂的“貼片泵”——胰島素泵。而心血管監(jiān)測方面的設(shè)備范圍涉及傳統(tǒng)的心電圖治療、住院和門診監(jiān)測設(shè)備再到動態(tài)心電監(jiān)測器、監(jiān)視器以及其他可移動心臟遙測設(shè)備等具體產(chǎn)品。電子皮膚貼片產(chǎn)品還包括腋窩溫度傳感器、汗液傳感器、運動傳感器、生物組織(如TENS、EMS)貼片，以及其他許多行業(yè)和特定類別的設(shè)備。電子紡織品行業(yè)分析人士海沃德認為，盡管以上設(shè)備功能發(fā)揮有所不同，但創(chuàng)新仍然標新立異，增加貼片的潛在磨損時間漸成迫切需要解決的問題，包括電池壽命管控和功耗，這能增加產(chǎn)品的舒適度，實現(xiàn)特定應(yīng)用的優(yōu)化。

另一電子皮膚用于貼合設(shè)備或稱為皮膚的粘合劑。它足夠堅固，能確保設(shè)備安全，滿足消費者需求也易于移除，且適用于所有膚質(zhì)，不會對皮膚產(chǎn)生刺激?，F(xiàn)今的產(chǎn)品創(chuàng)新趨勢是采用靈活的電子設(shè)備和諸如絲網(wǎng)印刷等工藝，旨在使設(shè)備更能貼合皮膚。

電能問題在可穿戴技術(shù)上占據(jù)另一關(guān)鍵因素。海沃德認為，電池在傳統(tǒng)制造上靈活小巧，在部件方面極具挑戰(zhàn)性，但如今的市場選擇日趨成熟且可靠，因而具有無限的發(fā)展可能性。

皮膚貼片，其電子元件為傳感器、執(zhí)行器、處理器和通信，屬于電子功能集成，可實現(xiàn)上述設(shè)備的連接和“智能”。皮膚貼片在諸多方面都可作為終極的可穿戴電子設(shè)備，為佩戴者提供最小負擔感和最大舒適度。自從2014年以來，“可穿戴設(shè)備”的需求已開始實現(xiàn)增長，人們對電子皮膚貼片的興趣大增。

各類電子皮膚市場居于獨特的生態(tài)系統(tǒng)，有不同的參與者、驅(qū)動程序、限制性和歷史性。其中有些已取代成熟市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品，尤其是糖尿病管理和心血管監(jiān)測，每年全球處于這一浪潮前沿的公司都能創(chuàng)收數(shù)十億美元。

因此，電子皮膚貼片的每個應(yīng)用領(lǐng)域依次都有相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品類型、競爭格局、行業(yè)參與者、定價、歷史收入和市場預(yù)測。涉及的領(lǐng)域包括糖尿病管理、心臟檢測、醫(yī)療病人監(jiān)測(住院和門診)、運動傳感、溫度傳感、藥物和美容貼片、用于傷口護理的智能繃帶等。電子皮膚市場已接近成熟。2010年以來的歷史收入數(shù)據(jù)表明，每個關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域在未來10年的具體市場前景都十分廣闊。這是因為，電子皮膚的產(chǎn)品類別隱藏了豐富的多樣性。雖然許多人可能認為電子皮膚質(zhì)地薄，具有貼合皮膚的高度整合技術(shù)，但實際上，許多成功的產(chǎn)品在今天來看仍然相對笨重。因此，智能貼片未來發(fā)展相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是柔韌、可拉伸以及可保形的電子元件創(chuàng)新不斷出現(xiàn)。這種標新立異的發(fā)展，不但會使更多的產(chǎn)品發(fā)展為皮膚貼片，也會改善現(xiàn)有的電子皮膚貼片的外形。

它緊跟現(xiàn)有覆蓋領(lǐng)域的潮流，如可穿戴技術(shù)、柔性電子、可拉伸和保形電子、電子紡織品、高級傷口護理、生物電子等。方法包括初級和次級研究，研發(fā)商業(yè)電子皮膚的公司高管和科學家都樂于談?wù)撐磥淼氖袌?。這不足為奇，因為世界上已有100余家公司擁有這類項目并持續(xù)研發(fā)，且每個項目都隨著時間的推移而更新，并在其適當?shù)漠a(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)做相對比較。

經(jīng)驗豐富的分析師團隊依據(jù)數(shù)十年的經(jīng)驗基礎(chǔ)覆蓋新興技術(shù)市場，尤其是涵蓋像柔性電子產(chǎn)品這類電子皮膚的核心領(lǐng)域。包括柔性和可穿戴電子產(chǎn)品在內(nèi)的領(lǐng)先行業(yè)會議和展覽不斷出現(xiàn)。每年約有6000家參展商推出相關(guān)產(chǎn)品，可見他們對電子皮膚的熱忱是多么的旺盛。

（據(jù)下列國際英文媒體：美國《科技日報》《高級紡織資源》《柔性電子技術(shù)》近期資料https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190816092424.htm

https://advancedtextilessource.com/2019/11/04/whatelectronic-skin-patches-can-do/

https://www.idtechex.com/en/research-report/electronicskin-patches-2019-2029/674）