過去幾十年創(chuàng)造的無數(shù)硬件和軟件解決方案從動(dòng)物和自然現(xiàn)象中汲取靈感。這包括電子皮膚(e-skins)，柔性和可拉伸的電子電路，旨在復(fù)制人類的觸覺或準(zhǔn)確檢測(cè)物體的觸覺特性。

中國(guó)大連理工大學(xué)的研究人員最近創(chuàng)造了一種新的人造皮膚，靈感來自魷魚的顏色變化皮膚。這種電子皮膚在《化學(xué)工程雜志》上介紹，具有高度的柔韌性和耐極端溫度的能力，同時(shí)還具有抗菌特性。

“生物皮膚將環(huán)境信息轉(zhuǎn)化為生物電信號(hào)，并將其傳輸?shù)缴窠?jīng)系統(tǒng)，以感知外部應(yīng)變，觸覺，振動(dòng)，溫度等，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一牛文斌博士告訴Tech Xplore。“除了生物電信號(hào)，特別是頭足類動(dòng)物(例如魷魚)皮膚可以通過顏色變化進(jìn)一步主動(dòng)感知復(fù)雜的環(huán)境，用于交流，求偶，偽裝，甚至體溫調(diào)節(jié)。

牛博士和他的同事創(chuàng)造的皮膚基于光子離子系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許它同步輸出光學(xué)和電信號(hào)。此外，它還整合了具有抗菌特性的月桂酸甘油單酯分子，使其能夠破壞超過99.9%的細(xì)菌和真菌。

“魷魚的皮膚表現(xiàn)出明亮的結(jié)構(gòu)顏色，起源于虹膜載體中反射蛋白的分層光子納米組裝，”牛博士解釋說。“我和我的同事成功地通過分層自組裝抗菌分子(即月桂酸甘油單酯)構(gòu)建了類似魷魚的光子納米結(jié)構(gòu)。這種光子納米結(jié)構(gòu)定位在彈性凝膠網(wǎng)絡(luò)中。然后，引入防凍劑PEG200和導(dǎo)電離子，得到光子離子皮膚。

當(dāng)研究人員的皮膚暴露于外部刺激時(shí)，例如當(dāng)它接觸表面時(shí)，其光子納米結(jié)構(gòu)的晶格迅速變化，導(dǎo)致顏色的快速變化。同時(shí)，皮膚中的離子傳輸和遷移率也會(huì)發(fā)生變化，最終實(shí)現(xiàn)同步的光學(xué)和電雙信號(hào)響應(yīng)。

由于其中含有月桂酸甘油單酯，光子離子皮膚幾乎可以殺死所有革蘭氏陽性細(xì)菌和真菌，這對(duì)于假肢和其他醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展具有特別有價(jià)值的功能。最后，引入皮膚的PEG200具有低凝固點(diǎn)，使其對(duì)低溫具有顯著的抵抗力(即降低其凍結(jié)或變干的風(fēng)險(xiǎn))，同時(shí)在惡劣環(huán)境下也能保持其雙信號(hào)輸出。

“受變色魷魚皮膚的啟發(fā)，我們將光子納米結(jié)構(gòu)引入電子皮膚，極大地豐富了其感官能力，”牛博士說。“除了通過電信號(hào)提供定量反饋、記錄和分析刺激變化外，還可以通過其顏色直觀地識(shí)別更復(fù)雜的信息，例如刺激的位置、形狀和分布。”

在初步評(píng)估中，牛博士及其同事創(chuàng)造的人造皮膚取得了非常有希望的結(jié)果。研究人員發(fā)現(xiàn)，它兩個(gè)信號(hào)的同步輸出甚至允許它區(qū)分不同的環(huán)境和觸覺刺激。未來，這種新皮膚可用于增強(qiáng)各種設(shè)備的功能，包括可穿戴設(shè)備、軟機(jī)器人、電子假肢和人機(jī)交互界面。

“有許多有趣的動(dòng)物物種具有這種變色能力，”牛博士補(bǔ)充道。“在接下來的工作中，我們將進(jìn)一步探索魷魚以外物種的生物結(jié)構(gòu)，并開發(fā)相應(yīng)的仿生皮膚。最終，這些皮膚可用于可穿戴設(shè)備、交互式傳感和其他現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用。

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