材料科學(xué)學(xué)術(shù)期刊《Small》封面。圖片來源：浦項(xiàng)科技大學(xué)

開發(fā)具有多種感官的電子皮膚對(duì)于康復(fù)、醫(yī)療保健、假肢和機(jī)器人技術(shù)等諸多領(lǐng)域都至關(guān)重要。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵之一是可拉伸壓力傳感器，它可檢測(cè)各種類型的觸摸和壓力。最近，韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)和蔚山大學(xué)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)受鱷魚皮啟發(fā)，創(chuàng)造出一種全方位可拉伸壓力傳感器。研究結(jié)果以封面論文形式發(fā)表在最近的《Small》雜志上。

鱷魚具有非凡的感知能力，能探測(cè)小波浪和獵物的方向，這是通過其皮膚上的極其復(fù)雜且敏感的感覺器官實(shí)現(xiàn)的。該器官由半球形的感覺凸起組成，以重復(fù)的方式排列，之間有皺紋鉸鏈。當(dāng)鱷魚移動(dòng)身體時(shí)，鉸鏈變形，而感覺部分不受機(jī)械變形的影響，使鱷魚在水下游泳或捕獵時(shí)對(duì)外界刺激保持異常敏感。

研究團(tuán)隊(duì)從鱷魚皮獨(dú)特的感覺器官中汲取靈感，開發(fā)出帶有微型圓頂和皺紋表面的全向可拉伸壓力傳感器。

通過發(fā)明一種帶有細(xì)小皺紋的半球形彈性聚合物，其中包含長(zhǎng)納米線或短納米線，研究人員創(chuàng)造了一種性能優(yōu)于目前壓力傳感器的設(shè)備。其他傳感器在機(jī)械變形時(shí)會(huì)失去靈敏性，但新型傳感器表面細(xì)小的皺紋結(jié)構(gòu)，受壓時(shí)會(huì)展開，在一個(gè)方向拉伸高達(dá)100%和兩個(gè)不同方向拉伸高達(dá)50%時(shí)，都能對(duì)壓力保持異常敏感。

為了評(píng)估其性能，研究人員將傳感器安裝在塑料鱷魚身上并將其浸入水中。有趣的是，安裝的傳感器也能夠檢測(cè)到小水波，成功復(fù)制了鱷魚感覺器官的感知能力。這一新裝置適用于廣泛的可穿戴設(shè)備，如假肢壓力傳感器、柔性機(jī)器人電子皮膚、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和人機(jī)界面等。

總編輯圈點(diǎn)：

提到鱷魚，雖然大多數(shù)人沒上手摸過，但總下意識(shí)認(rèn)為它的皮膚應(yīng)該挺粗糙。實(shí)際上，鱷魚皮上那些斑點(diǎn)狀的隆起中，布滿神經(jīng)末梢，它非常敏感，能幫助鱷魚感覺到水流的微小變化。你以為皮膚只是它的鎧甲，但其實(shí)也是它重要靈敏的器官。受鱷魚皮啟發(fā)，科研人員采取“褶皺+隆起”的結(jié)構(gòu)，開發(fā)出全方位可拉伸壓力傳感器，模擬鱷魚皮膚的能力。它可感受來自各個(gè)方向的細(xì)微壓力變化，嵌入電子皮膚，用于可穿戴設(shè)備，改善這些產(chǎn)品的功能。