物理学家开发出多传感器混合材料，让电子皮肤更具‘人性化’

皮肤是人类最大的感觉器官，同时也是人类的保护层。它同时可“感知”多个感官输入，并向大脑报告湿度、温度和压力等信息。对Anna Maria Coclite来说，具有这种多传感器特性的材料是“人工智能材料技术中的一个‘圣杯’。特别是，机器人和智能假肢将受益于一个更集成、更精确的类似于人类皮肤的传感系统。Anna Maria Coclite，这位ERC奖得主、TU Graz固态物理研究所的研究员利用一种新工艺，成功开发了下一代人造电子皮肤的三合一混合材料“智能皮肤”。

近六年来，该团队一直致力于智能皮肤的开发，作为Coclite的ERC项目Smart Core的一部分。每平方毫米有2000个传感器，这种混合材料甚至比人类指尖更敏感。每个传感器都由独特的组合材料组成：内部以水凝胶形式存在的智能聚合物和压电氧化锌外壳。Coclite解释说：“水凝胶可以吸收水分，因此在湿度和温度变化时会膨胀。在此过程中，水凝胶会对压电氧化锌施加压力，氧化锌会通过电信号响应这种压力和所有其他机械应力。”其结果是一种薄晶圆材料，能够以极高的空间分辨率同时对力、水分和温度做出反应，并发出相应的电子信号。“Maria Coclite表示：“第一批人造皮肤样本的厚度为6微米，或0.006毫米。但它可以更薄。”相比之下，人类的表皮厚0.03到2毫米。人类的皮肤通过大约一平方毫米的面积感知事物。智能皮肤的分辨率比人类皮肤小一千倍，可以记录对人类皮肤来说非常小的物体（如微生物）。

单个传感器层非常薄，同时配备了覆盖整个表面的传感器元件。这在世界范围内可能都是独一无二的，研究人员首次将物理化学的三种已知方法结合起来，即水凝胶材料的化学气相沉积、氧化锌的原子层沉积和聚合物模板的纳米光刻印刷。聚合物模板的光刻制备由Barbara Stadlober领导的“混合电子与结构”研究小组负责。该小组隶属于Joanneum Research位于Weiz的材料研究所。

几个应用领域也正关注这这种类皮肤混合材料。例如，在医疗保健领域，传感器材料可以独立检测微生物并相应地报告它们。同样可以想象的是，可以为佩戴者提供温度或湿度信息的假肢，或者可以更敏感地感知环境的机器人。在应用的道路上，智能皮肤具有决定性的优势，感官纳米棒——材料的“智能核心”——是使用基于气相的制造工艺生产的。在集成电路的生产工厂中，这种工艺已经很成熟。因此，智能皮肤的生产可以很容易地在现有生产线中扩展和实施。

现在正在进一步优化智能皮肤的性能。Anna Maria Coclite和她的团队希望扩大材料反应的温度范围，以及提高人造皮肤的柔韧性。