與傳統(tǒng)的塊狀電子器件不同，“柔性電子”，指的是可以變得像紙或手機膜一樣輕薄柔軟，還能像橡皮一般有彈性，類似的這種電子器件。

　　在“柔性電子”的應(yīng)用方面，“電子皮膚”是最不可忽視的。所謂“電子皮膚”，即為借助柔性電子技術(shù)制造像人體皮膚的電子器件。該電子器件需要像人的皮膚一樣柔軟，同時更需要擁有和皮膚一般的觸覺感知能力。甚而，它還具備強于皮膚的方面，比如，幫助人類獲取環(huán)境和人體中的物理化學(xué)信號，提升人類與環(huán)境或自身的交互能力。

　　皮膚作為人體最大的器官，是觸覺的載體，為我們提供環(huán)境中的物理信息。我們能感受到物體的硬度，是因為我們的皮膚中分散著許多的壓力感受器，這些感受器可以根據(jù)皮膚與物體接觸時感受到的力的大小來分辨物體的軟硬程度。所以，通過壓力傳感器，電子皮膚也可以感知物體軟硬程度。有多種方式可以達到壓力傳感的效果，其中最簡單和最常用的一種是壓阻式壓力傳感器，利用導(dǎo)電材料在形變時產(chǎn)生的電阻變化來實現(xiàn)傳感。

　　借助柔性壓力傳感器，還可以實現(xiàn)對物體形狀的感知。我們的皮膚各處分散著壓力感受器，但只有接觸到物體的感受器才會給我們大腦發(fā)送信號。麻省理工學(xué)院的科研人員設(shè)計出了一種低成本的可伸縮觸覺手套，上面分布著548個壓阻型壓力傳感器，每個傳感器可感知到的壓力數(shù)值都能被詳細(xì)記錄下來。他們利用這個手套抓握了杯子、勺子、筆、石頭等物體，記錄手套抓握的數(shù)據(jù)，并錄制視頻。然后利用這些數(shù)據(jù)訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，從而鑒定出不同的物體。

　　通過柔性電子技術(shù)構(gòu)建對硬度、壓力、形狀和材質(zhì)的感知，再與柔性拉伸傳感器、溫度傳感器等集成，我們基本就能構(gòu)建擁有觸覺的電子皮膚。

　　電子皮膚最直接的應(yīng)用就是智能機器人。機器人擁有觸覺后，就能更充分、精準(zhǔn)地讀取環(huán)境中的壓力信號，從而行動也會更為精準(zhǔn)、多樣、有效。比如，現(xiàn)在的機器人缺乏對物體精確的力量反饋，不能對小尺寸、柔軟的物體實行精準(zhǔn)的抓握和操縱。而電子皮膚則可提供精細(xì)的力學(xué)反饋，幫助未來的機器人完成準(zhǔn)確的抓握和操縱任務(wù)。

　　不過，盡管我們可以在傳感器層面上實現(xiàn)對物體的感知，但將傳感器信號有效地轉(zhuǎn)換為大腦能夠理解的神經(jīng)電信號仍舊十分困難。但通過仿生，我們?nèi)杂型鉀Q這個問題。

　　皮膚內(nèi)的多種觸覺感受器將捕捉到的觸覺信息通過多層中間神經(jīng)元傳輸?shù)郊棺?，神?jīng)纖維內(nèi)的多種傳入神經(jīng)和突觸會將感受器的傳入信號進行編碼和分離。最后脊椎將編碼和分離后的信號傳輸?shù)酱竽X。針對這個問題，科學(xué)家們發(fā)明了人造傳入神經(jīng)。這種人造傳入神經(jīng)有三個核心成分：壓阻型壓力傳感器、有機環(huán)形震蕩器和突觸晶體管。壓力傳感器負(fù)責(zé)獲取壓力信息。環(huán)形振蕩器代替神經(jīng)纖維，將壓力信號轉(zhuǎn)化為與感覺神經(jīng)元動作電位的頻率相匹配的電壓脈沖。突觸晶體管將這些脈沖信號整合并轉(zhuǎn)化為突觸后電流，并與生物體內(nèi)的傳出神經(jīng)對接，形成一個完整的單突觸反射弧。

　　隨后，他們將人造傳入神經(jīng)與蟑螂腿上的傳出神經(jīng)對接，對壓力傳感器施加一定壓力。壓力信號轉(zhuǎn)換成突觸后電流，電流經(jīng)過放大后傳輸?shù)襟胪壬系膫鞒錾窠?jīng)，成功地驅(qū)動了蟑螂腿的運動。

蟑螂腿被人造神經(jīng)控制機理（圖片來源：Science）

　　如果采用腦機接口技術(shù)，用編碼后的信號對大腦特定區(qū)域和細(xì)胞進行刺激，就能夠?qū)崿F(xiàn)觸覺體驗。然而，因為目前對知覺的神經(jīng)編碼的理解十分有限，再加上腦機接口技術(shù)的發(fā)展需要進一步突破，我們目前離攻克這一技術(shù)難題還有一定距離。

　　除了建立觸覺系統(tǒng)，我們還可以利用柔性電子技術(shù)使各類傳感器擁有皮膚一般的性質(zhì)，比如柔軟、可拉伸、自愈合等，然后將它們覆蓋在皮膚上或衣服上，隨時隨地感知環(huán)境和自身的信息。此外，人們還能借助其他物理化學(xué)原理來讓電子皮膚具備更多功能。比如，針對外界環(huán)境而言，電子皮膚可被用來感知陽光中紫外線強度、濕度、磁場、物體的接近等；針對人體自身而言，電子皮膚可無創(chuàng)地監(jiān)測體液中血糖等生理指標(biāo)信息，采集腦電、肌電和心電信息等。



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