赛博朋克风十足：科学家研制出可操纵机械手的电子纹身

你听闻过「电子纹身」（Electronic Tattoo）吗？

早在 2013 年，摩托罗拉手机副总裁 Regina Dugan 就曾取出了一个看起来类似一般纹身贴的商品。Regina Dugan 表明这款电子纹身是一种移动智能产品，遗憾仍未太多展现它填满未来感的那一面。

2016 年 YouTube 上的一段视頻中，几个微生物网络黑客展现了将电子产品嵌入皮下组织的全过程——机器设备类似钱币尺寸，由一个印刷线路板、5 个表层贴片发光二极管（SMD LED）构成，被硅橡胶包囊着，由一块 3 伏的充电电池供电系统。

机器设备嵌入并受磁石激话后，LED 灯光节发亮，肌肤上则显出一朵桂花，这纹身能够说成太顶势了，顶势得有点肉痛。

如果你觉得电子纹身仅仅生产商炒定义、科学怪物开脑洞大开，那么就不对。

2018 年，英国卡耐基 · 梅隆高校的科学家们就已将电子纹身写进了毕业论文——她们用形状记忆合金铝合金涂敷银纳米颗粒，二者结合后产生这种电源电路，历经包装印刷，纹身就可轻轻松松地迁移到肌肤上，而且导电率也很高。

那时候参加此项科学研究的卡耐基 · 梅隆高校终身教授 Carmel Majidi 表明：

它是电子器件包装印刷行业的提升。

而就在近期，在我国科学家们也协同打造出了一款电子纹身。

2021 年 1 月 13 日，有关毕业论文宣布发布于《科学》杂志期刊子刊《科学 – 进度》，名为 Multilayered electronic transfer tattoo that can enable the crease amplification effect（可完成皱褶变大实际效果的双层电子传递纹身）。

毕业论文创作者来源于南方科技高校（深圳湾试验室生物医学工程工程项目研究室）、首都医科大生物医学工程工程学校及其我国科学院高校我国纳米技术科学研究中心。

什么是「电子纹身」？

根据上文详细介绍，大家大约早已能对电子纹身下一个界定了：一种能立即贴在肌肤上的纤薄电源电路。

电子纹身能够伴随着肌肤的情况完成随意的拉申和弯折，可谓是智能穿戴设备的真谛了。

据了解，其原理是 NFC（Near Field Communication，近场通讯），一种能让机器设备在彼此之间挨近时开展数据传输的技术性。

NFC 此项技术性是在 RFID（非接触式射频识别技术）技术性的基本上融合无线网络互联技术研发而成，日常情景中此项技术性也为各种电子设备出示了安全性便捷的通讯支撑点。手机支付、文件传送、门禁系统、手机上与汽车钥匙集成化的身后，都离不了 NFC——实际到电子纹身上，NFC 则确保了数据信号的传送。

▲ iPhone上的 NFC 作用

实际上电子纹身能够有很多种多样主要用途，比如手机耳机、无线收发器、开关电源、噪声探测器、测谎仪这些。

毕业论文中创作者也是有提及：

电子纹身在肌肤身心健康和健身运动磁感应层面拥有 非常大的发展潜力。

殊不知，电子纹身现阶段存在的不足是：保形性、黏性和双层性等特点并不可以另外存有，这就是科学研究工作人员设计方案新式电子纹身的动机。

双层电子传递纹身

科学研究工作人员设计方案出了一种「双层电子传递纹身」，即 multilayered electronic transfer tattoo（下面通称为 METT）。

为了更好地构成双层电源电路控制模块，科学家们采用了二种原材料，一是金属材料高聚物电导体（metal-polymer conductors），二是聚氨酯弹性体嵌段预聚物（elastomeric block copolymer）。

METT 现有 3 层：

• 黏合层（adhesive layer）：一层非常薄（~8 μm）的聚氨酯树脂，当接到外界工作压力时，黏合层促使 METT 与肌肤密不可分粘附。

• 释放出来层（release layer）：一种硅铜膜，关键目地是便于电源电路控制模块从释放出来膜脱离。

• 彼此之间的电源电路控制模块：在其中包括 3 层电源电路，各层全是嵌有可拉申电导体的聚乙烯 – 丁二烯 – 丁二烯（SBS）塑料薄膜（~14 μm）。

据了解，第一、二层电源电路上遍布有应变力感应器，总数各自为 11 和 4，而第三层电源电路上面有 1 个电加热器。

因为金属材料 – 高聚物电导体（metal-polymer conductor）拥有 优良的拉申性、精确性，因而可被作为应变力感应器。

如下图 A、B 所显示，根据金属材料 – 高聚物电导体的应变力感应器的电阻器伴随着拉伸应变的提升而提升，METT 乃至能够非常容易地拉申到 800% 的水平，这远远地超出了肌肤的较大 形变。

总体上，METT 可用以溫度调整、健身运动检测和智能机器人远程操作，具备高可塑性（800%）、保形性和黏性，可完成将皱褶变大的实际效果，因此能将集成化应变力感应器的輸出数据信号变大 3 倍。事实上，不用一切有机溶剂或是加温，METT 就能在不一样的表层紧紧粘附。

远程操作机械臂

值得一提的是，为了更好地展现这类新式电子纹身的扩展性，科学家们也是生产制造了一个 7 层的 METT，做为一种可拉申电加热器。

图中 A 是 7 层电加热器的顶视图，每一个电源电路层都包括一个根据金属材料 – 高聚物电导体的电加热器，两边有两个节点，用以与别的层中的电加热器产生竖直电联接——因而，7 个电加热器就以串连的方法联接到开关电源。

图中 B 展现的则是不一样层中根据金属材料 – 高聚物电导体的电加热器根据节点产生的电联接的图象。

毕业论文详细介绍，除节点外，金属材料 – 高聚物电导体根据 SBS 产生了优良的绝缘，在热图象中未发觉短路故障。

科学研究得到的一个结果是，伴随着叠加层数提升，纹身的顺应性伴随着薄厚的提升而减少，双层电子纹身足够考虑大部分作用。

试验中，科学家们将 METT 开展了具体运用——根据手指弯曲传出的数据信号被变大，根据蓝牙共享到机械臂，因而 METT 能远程操作机械臂，机械臂在效仿大家手的姿势时也不会发现异常的震动。

毕业论文表明，精英团队早已根据 2 层 METT 完成了以 6 个可玩性远程操作机械臂、根据 3 层 METT 完成了以 15 个可玩性远程操作机械臂。

能够毫无疑问的是，将来电子纹身在诊疗、VR 和可配戴智能机器人层面具备极大发展潜力。