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機(jī)器人的“新裝”
來源:機(jī)器人天空 發(fā)表于 2011/2/28

  據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)2月24日報(bào)道,美國斯坦福大學(xué)的研究人員研發(fā)出了一種集壓力感應(yīng)、生化檢測、太陽能發(fā)電于一體的“超級皮膚”。研究人員稱,這種人造材料除能“感覺”到極為輕微的觸摸外,還能檢測到化學(xué)和生物分子,并能借助其上的太陽能電池涂層為上述傳感器提供電力。由于這種“超級皮膚”柔軟并具有一定的延展性,預(yù)計(jì)未來在服裝、機(jī)器人制造以及義肢設(shè)計(jì)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

  “超級皮膚”一專多能

  2月20日負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的美國斯坦福大學(xué)化學(xué)工程學(xué)教授鮑哲南,在美國華盛頓召開的美國科學(xué)促進(jìn)會年會上公布了這一研究成果。據(jù)鮑哲南介紹,制造這種人工皮膚的原料是有機(jī)晶體管的一種,主要由柔性高分子材料和碳基材料組成。為了使其具有觸覺,該晶體管中有一層極薄的高彈性橡膠層,從微觀視角看,它們由無數(shù)個微型倒金字塔按網(wǎng)格結(jié)構(gòu)排列而成。

  當(dāng)遇到壓力時,該橡膠層的厚度會發(fā)生變化,從而使通過晶體管的電流發(fā)生改變。根據(jù)敏感度水平的不同,該傳感器每平方厘米上都有從幾十萬到數(shù)千萬個這樣的微型倒金字塔。研究人員稱這種傳感器極為敏感,即便一只蒼蠅落在上面也能夠被準(zhǔn)確感知。此外研究人員還為該傳感器增加了生化檢測和太陽能供電功能。

  如果要對特定的生物分子進(jìn)行檢測,就需在晶體管表面涂上一種能與其相互結(jié)合的另一種分子。這種涂層只需要1-2納米厚即可。同樣的方法也能用于化學(xué)物質(zhì)檢測。對晶體管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)后,“超級皮膚”便可以檢測出環(huán)境中特定的氣體或液體。根據(jù)檢測對象的不同,還可對傳感器及相關(guān)半導(dǎo)體材料進(jìn)行調(diào)整。

  此外,鮑哲南和她的團(tuán)隊(duì)還證實(shí)了以這種方法對某種DNA進(jìn)行檢測的設(shè)想,并正在研究拓展這項(xiàng)技術(shù),使其可以檢測蛋白質(zhì),為醫(yī)療診斷提供依據(jù)。研究人員解釋稱,對于大多數(shù)疾病來說,通常都有一個或多個特定的蛋白質(zhì)(即所謂生物標(biāo)志物)與其相關(guān),因此,根據(jù)所檢測到的蛋白質(zhì)便可推斷出所患疾病。

  為了解決供電問題,研究人員利用這種涂層技術(shù)使電子皮膚具有了發(fā)電的功能,這使“超級皮膚”的移動更輕便、結(jié)構(gòu)上也更為簡單。和普通的柔性太陽能電池相比,新研究成果還具有拉抻延展的功能,在保證正常工作的前提下可沿兩個水平方向拉伸。這種太陽能電池可被拉伸到原有長度的1.3倍且能迅速恢復(fù)原狀,而且整個過程不會產(chǎn)生任何的損壞或斷電。

  能屈能伸“百折不撓”

  我們知道,在身體的很多運(yùn)動部位例如肘部和膝蓋,無論是皮膚還是衣服都會有一定的褶皺。這些特殊的結(jié)構(gòu)其實(shí)發(fā)揮著十分重要的作用。試想一下,如果用于這些位置的材料,只具有柔性而不能延展,在移動或運(yùn)動時就極有可能發(fā)生破裂。

  這種“超級皮膚”擁有延展性的原因在于,在“超級皮膚”中的微型單位具有與波浪類似的結(jié)構(gòu),就像手風(fēng)琴一樣,可以在一定程度內(nèi)拉長或縮短。置于其中的液態(tài)金屬電極則可以在整個過程中保持穩(wěn)定運(yùn)行。即便處于延展?fàn)顟B(tài),超級皮膚上的太陽能電池也能持續(xù)提供電能。因此,除服裝外,這些材料未來還可以在汽車、鏡頭以及建筑中獲得應(yīng)用。

  鮑哲南說,在她看來超級皮膚遠(yuǎn)比完全模擬皮膚功能的人工皮膚強(qiáng)大的多,它可以讓機(jī)器人或其他設(shè)備來執(zhí)行超越人體皮膚功能的任務(wù)。例如,當(dāng)一個具有蛋白檢測功能的機(jī)械手接觸到某個人時,它就會發(fā)現(xiàn)這個人患有某種疾病。或者,當(dāng)其接觸到某個人的汗水時,它就會說,“哦,這個人一定喝醉了。”

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