來自沙烏地阿拉伯阿布杜拉國王科技大學(xué)(KingAbdullahUniversityofScienceandTechnology；KAUST)的電子工程師們利用鋁箔、便條紙、海綿與磁帶，開發(fā)出一種名為“紙皮膚”(PaperSkin)的低成本感測器，可用于偵測包括觸摸、壓力、溫度、酸度與濕度等外來刺激。

這款目前仍在開發(fā)中的PaperSkin感測器采用了各種經(jīng)濟實惠的低成本材料，同時整合諸多功能，據(jù)稱能夠表現(xiàn)地像其他的人造皮膚應(yīng)用一樣。

可穿戴式與軟性電子產(chǎn)品正展現(xiàn)在各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展前景，例如無線監(jiān)測病人的健康狀況與免觸控的電腦介面等，但目前在這方面的研究往往使用昂貴且復(fù)雜的材料與制程。

“我們的研究成果可望帶來徹底改變電子產(chǎn)業(yè)的潛力，并為商用化可負擔(dān)的高性能感測元件敞開了大門，”KAUST電子工程系副教授MuhammadMustafa表示。這項研究在該校的整合奈米技術(shù)實驗室進行。

“以往在這方面的研究多米采用復(fù)雜的材料或制程，”Hussain指出，“經(jīng)化學(xué)機能的噴墨列印或真空技術(shù)處理過的紙類雖然便宜，但所表現(xiàn)出的功能也十分有限。如今，我們所展示的是一種可加以擴展的‘車庫’(garage)制造途徑，只需利用日常生活中現(xiàn)成可用或甚至家中就能找到的廉價元件。”

研究小組使用便條紙檢測濕度、海綿和抹布檢測壓力，鋁箔則用于偵測運動。而以HB鉛筆著色便條紙后，則可讓紙用于檢測酸度。鋁箔和導(dǎo)電銀油墨則被用來偵測溫度的差異。

研究人員們將所有的材料放在一起成為一個簡單的紙質(zhì)平臺，然后再將它連接到一款可根據(jù)外在刺激偵測導(dǎo)電率變化的裝置。

例如，當(dāng)濕度增加時，提高了該平臺儲存電荷或電容的能力。將感測器暴露于酸性溶液中，則會使其電阻增加，而當(dāng)暴露于鹼性溶液時隨之降低。隨著溫度改變，該平臺也偵測到電壓的變化。將手指接近平臺時，還會擾亂其電磁場，而使其電容降低。

研究團隊充份利用所使用的材料特性，包括其多孔性、吸附性、彈性與尺寸，開發(fā)出低成本的感測平臺。他們還展示透過單一的整合平臺，可同時且即時地偵測多種不同的外在刺激。

在完全自主的多功能軟性感測器平臺實現(xiàn)商用化以前，必須先克服幾種挑戰(zhàn)。Hussain解釋，例如，必須進一步發(fā)展與這種紙質(zhì)皮膚之間的無線互動。同時，也需要進行可靠性測試，以評估感測器可持續(xù)多長的時間，以及在經(jīng)歷劇烈彎曲狀況時的表現(xiàn)有多理想。

“下一個階段則是針對醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)等應(yīng)用最佳化在此平臺上的感測器互動。這款軟性且適形的感測器平臺可望同時為多種生命征象進行即時監(jiān)測，包括心跳、血壓、呼吸模式與動作，”Hussain表示。

“例如，我們也可以將這項技術(shù)所實現(xiàn)的功能移植至生物性生長的皮膚上，并開發(fā)出可在人體中連結(jié)神經(jīng)網(wǎng)路的機制，從而造福燒燙傷患者。其他應(yīng)用包括機器人、車輛技術(shù)以及環(huán)境調(diào)查等。”

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