一种生物启发的柔性电子皮肤

人类皮肤作为一个天然的、显著的综合传感器网络，可以将环境刺激（即张力、压力、温度和振动）转变成电信号，然后由大脑处理，以产生有效的指令。受生物皮肤这种多感官特征的启发，具有类似特征的电子皮肤（e-skins） 被提出并逐渐发展成为众多新型应用的有效工具。

为了获得模仿甚至超越生物皮肤的高性能电子皮肤，人们开发了新的材料和合理的制造方法来构建集成的电子器件。过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）已经被认为是下一代电子皮肤传感器中蓬勃发展的导电剂，这归功于其巨大的亲水性和高电子传导率。然而，尽管取得了诸多成就，但基于MXenes的电子皮肤的工作只集中在传感能力的设备优化上，而缺乏对另一个关键功能的研究，即视觉识别。机械传感信息和视觉信号可以通过使用多组件集成电子器件同时获得，但这需要一个极其复杂的制造过程。尽管已经取得了一些有希望的进展，但仍然迫切需要探索简单的器件结构来实现高能效的多模态融合。

用户交互式电子皮肤可以将机械刺激转化为可区分的输出，在可穿戴设备和健康护理应用方面显示出巨大的潜力。然而，现有的设备有一些缺点，如复杂的集成程序和缺乏直观的信号显示功能。

据麦姆斯咨询报道，基于此，同济大学附属第十人民医院陈峰研究员、贺石生教授团队和上海交通大学崔大祥教授团队提出了一种生物启发的用户互动电子皮肤，它结构简单，可以在外部机械刺激下同步实现数字电反应和光学可视化。

数字视觉融合电子皮肤的制备示意图

此外，该电子皮肤包括一个具有碳纳米管/纳米纤维素/MXene纳米混合网络的导电层和一个可拉伸的弹性体层，后者由硅橡胶和热变色颜料组成，可以在电压输入下产生可控的热能，然后实现硅基弹性体的动态着色。

施加直流电压对电子皮肤的焦耳加热性能

电子皮肤的热机械变色效果及应用实例

特别是，这种创新的数字数据和视觉图像的融合策略使电子皮肤能够更加直观和准确地监测如手写、饮水、行走和说话等人体活动。所展示的电子皮肤的简单设计理念和可靠的操作，有望为下一代柔性电子器件提供一个理想的平台。相关研究以“Bioinspired MXene‑Based User‑Interactive Electronic Skin for Digital and Visual Dual‑Channel Sensing”为题发表在Nano-Micro Letters期刊上。

电子皮肤用于检测各种生理运动的响应信号

综上所述，研究人员开发了一种生物启发的柔性电子皮肤，它整合了机电传感和光学显示，以实现视觉运动监测。该电子皮肤制造简单，为新型柔性电子器件的设计翻开新的篇章，并在可穿戴设备、人机互动和软智能机器人等众多领域具有广泛的应用潜力。

论文链接：

https://doi.org/10.1007/s40820-022-00838-0

审核编辑 ：李倩