电子胡须可能是未来电子皮肤的试金石

你在宠物身上看到的那些可爱的小胡须不仅仅是抽搐着。长而突出的毛发实际上是触摸感受器，将关于周围环境的重要信息发送到大脑并帮助动物了解它们的环境。

德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员利用形状记忆聚合物创造了一种称为电子晶须的人造电子版本，模仿真实物品的特性。他们在最近发表在Advanced Materials期刊上的一篇论文中描述了他们的工作。

根据组装它们的研究人员的说法，头发状结构是工程电子人体皮肤的重大进步。

密封传感器

“在动物王国中有一些非常有趣的例子，说明胡须如何有助于探测和询问环境，”Jonathan Reeder BS'12博士说，该研究的主要作者，该研究的博士作为博士Erik Jonsson工程与计算机科学学院的学生。

他说，密封件就是一个很好的例子。

“密封件使用长须子进行非常复杂的传感。当他们在水中游泳时，他们的胡须实际感觉到水的流动，​​”现在是西北大学博士后研究员的Reeder说。“已经进行了一项测试，其中蒙着眼睛的海豹会发现鱼在游泳池里游泳，并且可以根据湍流实际跟踪鱼类。鱼会扰乱水，水会干扰海豹的胡须，并提供有关哪里的信息鱼是。它是晶须的三维结构，可以实现这些先进的功能。“

Reeder和他的博士导师Walter Voit博士BS'05，MS'06一起创作了他自己的胡须版本。Voit是材料科学与工程和机械工程的副教授，是该论文的作者。

从平板形状记忆聚合物中切出电子晶须的轮廓，该聚合物在室温下是刚性的，但在加热时变得柔韧。在每个晶须的顶部图案化柔性应变传感器，其具有与人类头发大致相同的直径并保持附着在片材上。

当研究人员通过切口底部吹出热空气时，材料变得柔软且可弯曲，使小手指或电子晶须上升并变成三维的。一旦组装了电子晶须，干扰就会引起应变传感器电阻的变化，从而可以精确跟踪每个电子晶须的位置。

“到目前为止，我们已经创造了一些密度最高的电子晶须，”Voit说。“当你有很多像这样的传感器可以拖过表面时，你可以用它们来测量许多有趣的特性。我们的电子晶须能够检测到力，压力，接近度，温度，刚度和地形。他们用各种材料擦拭或扫过它们，模仿人体皮肤的感应能力。“

复制皮肤功能

研究人员表示，机器人和假肢可能是电子胡须的两大应用。

“许多机器人已经从他们的物理环境中收集了触觉信息。然而，传统的传感器缺乏人类触摸的复杂性和丰富性。使用电子胡须，我们可以增加在表面上放牧传感器时可以获得的信息类型，”里德说。“在机器人技术中，电子胡须可以通过确定什么是软硬，冷热，光滑和粗糙来复制人体皮肤的功能。它们可以让机器人识别物体并安全地与它们互动，使机器人更加”人性化“ '”。

将电子晶须与假体整合可能更困难。

“将电子传感器直接与生物学相结合是最引人注目的应用，但提出了一系列严峻的挑战，”Reeder说。“即，如何将传感器产生的电子信号转换为神经系统的'语言'，以及如何在柔性电子组织和软组织之间形成稳定的机械和电气耦合。”

最终，科学家们不仅希望用假肢复制人体功能，还要改进它。

“电子晶须对表面拓扑和温度变化的灵敏度，以及传感器的响应时间，都超过人体皮肤的能力至少一个数量级，”Reeder说。“对于一个有假肢的人来说，实际上比用人手有更好的灵敏度并非不可能。”

参与这项工作的其他UT达拉斯研究人员是机械工程研究生Tong Kang和本科生物工程专业学生Sarah Rains。