真正可穿戴的电子皮肤问世

近日，华人学者开发出一种“真正可穿戴”的可穿戴电子设备，这是一种受人体皮肤启发的、可粘在皮肤上的“电子皮肤”，其内部主要由电路板构成。

负责该研究的科罗拉多大学博尔德分校的机械工程系副教授肖建亮和艺术与科学学院教授张伟，其表示相关成果以《“电子皮肤”有望成为可穿戴设备的廉价且可回收的替代品》为题，已公开发表。

可在手腕上佩戴的电子皮肤

该“电子皮肤”具有卓越的延展性、自愈合性、可回收性和可重构性，它比创可贴稍厚，加热后就能贴到皮肤上。该团队表示它还可以在任何方向上伸展60%，并且不会破坏内部的电子设备。

新型可穿戴電子设备研究者肖建亮（左）和张伟（右）

据悉，为研究该设备，肖建亮和张伟耗时五年左右，为制造这款弹力产品，肖建亮和同事使用丝网印刷来创建液态金属丝网络。然后将这些电路夹在两层薄膜之间，这两层薄膜是由一种称为聚亚胺的高度柔性和自愈材料制成的。

该设备通过一种低成本制造方法，将刚性、柔性和液体材料均匀地集成一起，并结合材料、化学和力学方面的技术，使其具有卓越的延展性、自愈合性、可回收性和可重构性。这一可穿戴电子系统的性能可以在健康、医疗、科技等许多领域得到应用。

缘起于食堂的一场研究

肖建亮表示，他在柔性电子领域深耕多年，对可穿戴电子设备的洞察力和感知力敏锐且深入。有一次在食堂吃饭，他和张伟聊起柔性电子，两人一拍即合，基于两人多年的理论和实践基础，遂开始对可穿戴电子设备的研究。

高延展性、自疗性和可回收性的多功能可穿戴电子产品的设计和示意图

肖建亮说他想做一款对人体更友好的可穿戴电子设备。因为常见的可穿戴电子皮肤设备如Apple Watch、智能手环、智能眼镜等，虽然有各自独特的功能，但是多数存在价格昂贵、体验感差、穿戴不舒服等各种各样的问题。而他想做的是一款真正可穿戴的设备，理想情况下它将是一种能舒适地贴合人们身体的薄膜。

概括来说，该设备主要有五大特性。

一、优良的传感性能。多功能可穿戴电子产品集成了一个热传感器、一个三轴加速度计和心电图传感器。其中，热传感器可在不同环境和身体不同位置的提供准确体温测量;三轴加速度计附着在喉部时，可以捕捉到声带的振动特性;心电图传感器监测心脏的心电图。

三者结合一起可精确地为人体提供实时监测体温，身体活动和健康状态的功能。它可以检测行走、奔跑、跳跃的不同幅度和频率。

二、可延展性。弹性聚合物基材和高延展性导体，对可穿戴电子设备的延展性能来说必不可少。该团队利用高延展性导体的可流动性，既不会增加可穿戴设备的硬度，还能为电子系统提供良好的变形能力。LM电路没有疲劳问题，封装不影响机械性能，且没有集中在导体刚性芯片组件之间的接口和软底物。此外，LM互连器在机械干扰下具有稳健性和可靠性。

除去机械力后，聚酰亚胺封装的LM导体在反复摩擦和挤压下的电阻恢复到原始值。也就是说，该设备在不同程度的外力作用下，可展现出优异的机械延展性、稳健性和可靠性。比如对它进行不同程度的伸缩、扭曲、变形，其依旧可保持超强的延展性和稳健性。

多功能可穿戴电子设备的自我修复和回收

三、可自愈性。经过实验显示，聚酰亚胺矩阵的LM电路为多功能可穿戴电子产品提供了优异的自愈能力。当设备损坏时，碎片可以接在界面上产生新的共价键。不同于非共价超分子键合作用，其使用的聚亚胺基质由共价键组成，因此装置更加坚固，并能在较大范围的条件下操作。

设备中的自愈装置能恢复机械和电气功能，必要时可用于改善界面接触和加速键交换反应，以实现更有效的界面愈合。简而言之，它就像人类的皮肤一样，具有自愈合功能。

四、可回收性。当设备严重损坏或不需要时，可通过浸泡在回收液中进行充分回收，当聚亚胺完全解聚时，包括芯片和EGaIn Lm在内的电子元件能很容易地从溶液中分离出来，从而保证聚合物溶液和电子元件都可重新用于制造新设备。

相比传统设备，这款新型可穿戴电子设备还具备可回收性。现在电子设备越来越多，相应的电子垃圾也日益增多，如果不能很好地回收，后果难以想象。如此前媒体报道所述，很多地方并不知道如何处理电子垃圾，甚至没有电子垃圾分类。

而该设备的可回收性能可很好解决电子垃圾问题。据了解，这款电子设备从研发开始就考虑到回收问题，回收后所有原料还可重新利用起来。这样既不会产生新污染，还可节约成本。