受蜘蛛网启发，探索半液态金属电子皮肤在智能交互与远程医疗中的创新应用 i-山东化工网

受蜘蛛网启发，探索半液态金属电子皮肤在智能交互与远程医疗中的创新应用 i

文章来源：贤集网更新时间：2024-09-13 15:41:04

在科技发展的浪潮中，柔性电子正以惊人的速度崛起。从可穿戴设备到电子皮肤，再到软体机器人，柔性可拉伸电子在多个领域展现出了巨大的潜力。然而，其发展并非一帆风顺，诸多挑战如影随形。而液态金属相关技术的出现，正逐渐改写这一局面。

一、柔性电子的崛起与挑战

在当今科技飞速发展的时代，柔性可拉伸电子宛如一颗璀璨的新星，在可穿戴电子设备、电子皮肤以及软体机器人等多个领域大放异彩。它所具备的优异柔性和可拉伸性，为人们带来了对未来科技生活的无限憧憬。

柔性电子设备理想状态如第二层肌肤，适应人体运动，提升舒适度与监测精度。但现有技术面临透气性差、粘附性差、导电性不足及延展性有限等问题，限制其在长期健康监测等场景的应用。

二、液态金属智能弹性体架构的创新

在攻克这些难题的道路上，清华大学深圳国际研究生院汪鸿章课题组联合清华大学刘静教授、新南威尔士大学汤剑波博士展现出了非凡的智慧与创造力。他们研发出了一种令人瞩目的智能液态金属弹性体架构（LMEA）。

这种架构的设计理念独辟蹊径，将磁化后的液态金属巧妙地分散于弹性聚合物之中，并使液态金属处于高度过冷状态。这一精妙的设计就像是在材料内部埋下了一颗颗神奇的 “种子”。当外界的刺激，无论是接触式的，如机械按压、拉伸、扭转，还是非接触式的，如磁场，像一阵 “春风” 拂过，平衡状态瞬间被扰动。此时，液态金属的相变被触发，大量的潜热如潮水般涌出。

这些潜热在低热导率的弹性体内部迅速蔓延，材料的温度如同火箭升空般快速升高，甚至可超过 30 摄氏度，并且能够维持数分钟之久。这些由刺激触发的热信号就像是隐藏在材料中的 “秘密语言”，幸运的是，它们能够被红外相机敏锐地捕捉到。通过这种方式，实现了对多重输入信息，如按压、拉伸、扭转、磁场的可视化感知。这一创新成果为柔性智能领域注入了全新的活力，开启了一扇通往未来无源柔性智能系统的大门。

三、半液态金属电子皮肤的突破

与此同时，汪鸿章课题组与天津大学国瑞博士的合作也结出了丰硕的成果。他们开发出了一种半液态金属电子皮肤，如同沙漠中的绿洲般，为解决可穿戴电子设备的困境带来了新的希望。

这种电子皮肤宛如一位全能的 “超级英雄”，同时具备高渗透性、高拉伸性、强粘附力和高导电性等诸多卓越性能。它的透气性比商用透气贴片还要高出一筹，仿佛为皮肤打开了一扇扇 “透气窗”，让皮肤能够自由地呼吸。其利用聚硼硅氧烷实现了类似蛛网黏液的强粘接效果，就像蜘蛛精心编织的网一样，能够紧紧地粘附在目标物体上。

半液态金属的应用更是让这种电子皮肤如虎添翼。它赋予了电子皮肤优异的导电性和高达 850% 的最大拉伸率。这意味着它可以轻松地适应人体的各种运动，无论是细微的肌肉颤动还是大幅度的肢体动作。而且，这种电子皮肤能够对各种生理参数进行长期的监测，就像一位忠诚的健康卫士，时刻守护着人们的健康。它还实现了基于肌电信号的手势识别，仿佛能够读懂人们的肢体语言，为智能交互领域开辟了新的道路。

四、仿生蛛网电子皮肤的独特魅力

天津大学与清华大学的联合研究团队进一步将目光投向了神奇的大自然。他们从蜘蛛网那独特而精妙的结构中汲取灵感，开发出了一种新型的电子皮肤。

这种电子皮肤就像是大自然与科技的完美融合之作。它以半液态金属为新材料，将仿生蛛网结构与半液态金属涂层巧妙结合。独特的仿生蛛网结构使电子皮肤犹如一张轻盈而坚韧的蜘蛛网，展现出了优异的透气性和高达 850% 的应变拉伸性。这使得它在面对人体复杂的运动时，能够自如地伸缩，而不会对使用者造成任何束缚。

与此同时，半液态金属涂层的存在如同给电子皮肤披上了一层神奇的 “导电外衣”，使其具有卓越的导电性，达到了 9×10⁶ S/m。在电子皮肤表面分布的聚硼硅氧烷和半液态金属，如同神奇的胶水，实现了类似蜘蛛网黏液的强粘附效果。这种强粘附性与高拉伸性、金属般的高导电性完美结合，形成了一种无可比拟的综合优势。

在力学表征、渗透性实验、黏附性测试、电学性能测试等一系列严格的实验中，这种仿生电子皮肤都表现得游刃有余。它不仅能够在这些实验中展现出卓越的性能，更在对各种生理参数的长期监测和机器学习识别功能中脱颖而出。无论是在医疗健康监测还是疾病诊断领域，它都展现出了巨大的商业应用潜力。它就像是一座坚固的桥梁，连接着科技与医疗，为患者的长期健康监测提供了更为舒适和可靠的解决方案。

五、研究成果的深远影响

这些基于液态金属的创新研究成果如同巨石投入平静的湖面，在科学界和产业界都引起了强烈的反响。

它们以题为 “基于液态金属的多刺激感知和可视化智能弹性体结构”（Multi - stimulus perception and visualization by an intelligent liquid metal - elastomer architecture）发表在《科学进展》（Science Advances）上，如同在科学的星空中点亮了一颗耀眼的星星。《科学通报》（Science Bulletin）上也刊登了相关成果，并入选封面论文。论文发表后，还受邀在中国工程院院刊《能源前沿》（Frontiers in Energy）撰写 HIGHLIGHTS 论文：“可视化液态金属释放潜热实现软智能”（Visualizing unleashed latent heat of liquid metal for soft intelligence）。

这些成果的发表，不仅仅是荣誉的象征，更是对研究团队辛勤努力的高度认可。它们为柔性可穿戴设备领域带来了新的曙光，打破了传统技术的瓶颈。在可穿戴电子设备领域，这些创新成果为设备的设计提供了全新的思路和方法。设计师们可以借鉴这些研究成果，打造出更加舒适、功能更强大的可穿戴设备。

在医疗健康领域，这些技术的应用前景更是不可限量。长期健康监测一直是医疗领域的重要课题，而这些新型的电子皮肤能够实现对各种生理参数的长期、精准监测。无论是对于慢性疾病患者的日常管理，还是对于健康人群的预防保健，都具有深远的意义。它就像是一位无声的健康守护者，时刻关注着人们的身体状况，为及时发现疾病隐患提供了有力的保障。

六、未来展望

随着技术的不断成熟和应用的深入，液态金属在柔性电子领域的应用将如同春花般绚烂绽放。我们可以想象，在不久的将来，人们将佩戴着基于这些创新技术的可穿戴设备，享受着科技带来的便利与舒适。

在健康医疗领域，这些电子皮肤有望成为医生的得力助手。它们可以实时监测患者的生理参数，并将数据传输到医疗中心，实现远程医疗的无缝对接。对于那些行动不便的患者来说，这无疑是一个福音，他们可以在家中就能享受到专业的医疗监测服务。

在智能交互领域，基于肌电信号的手势识别等功能将不断拓展。人们可以通过简单的手势来控制各种智能设备，实现人与设备之间更加自然、流畅的交互。这将为人们的生活带来更多的乐趣和便利。

在工业制造领域，这些柔性电子技术也将有广阔的用武之地。例如，在软体机器人领域，它们可以为机器人提供更加灵敏的感知能力和更加灵活的运动性能。这将推动软体机器人在复杂环境中的应用，如在危险环境中的救援工作、高精度的工业制造等。

总之，液态金属在柔性电子领域的创新突破，为我们开启了一个智能可穿戴的新时代。在这个时代里，科技与生活将更加紧密地融合在一起，为人类的未来创造出更多的美好与可能。

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