什么是电子皮肤？特性有哪些？应用领域介绍

1、电子皮肤

电子皮肤也称人造皮肤，是指根据人体皮肤的特点，利用柔性传感器的电子技术，将检测到的外界信息变化通过不同的电信号反馈给识别装置，达到模拟人体皮肤的触觉感知功能的一种新型的智能可穿戴触觉传感器。电子皮肤能够以定量的方式表达各类感觉，这使其在智能传感领域、医疗健康监测领域具有广泛应用，甚至是可以帮助皮肤受损患者或者伤残者重新获得失去的感知能力。

2、电子皮肤的特性

(1)可拉伸性

电子皮肤的使用环境，常常是在复杂的、不平整的表面，要使电子皮肤在这样的环境下可以发挥良好的作用，需要其具有良好的柔软可弯曲性以及良好的拉伸性能。目前被用来实现可拉伸性的方法主要有：使用导电水凝胶等新型导电可拉伸性材料、将传统导电材料通过网格或裂纹结构使之可弯曲拉伸、或其它特殊制备的方法。

(2)自愈性

人体皮肤在被割伤后，在一段时间内会自然结疤恢复。对于电子皮肤而言，要求传感材料被划伤或被割裂以后，在一定条件下可以恢复原有的形状并且仍然具备优异的传感功能。为了保持电子皮肤的自愈性，可以通过混合治愈剂或混合动态可逆键制备自愈材料。

(3)自供电性

电子皮肤是通过电信号来传递信息的，电源就是必不可少的，我们通常使用的电池是笨重、坚硬的，很难与轻薄、柔软的电子皮肤相结合。而通过环境或人体获取能量的自供电系统驱动电子皮肤的使用既环保又便捷。自供电的方式也有多种，如机械能供电、生物燃料电池供电、纳米压电等。

(4)生物兼容性

将电子皮肤用于医学领域及健康检测，需要贴合在人体表面或植入人体来进行监测，这不仅要求电子皮肤无毒无害，还要使人体不发生免疫排斥，具有良好的生物相容性。

3、电子皮肤的分类

根据传感方式可以分为四类，分别是应变传感、湿度传感、温度传感和代谢物传感。

(1)应变传感

应变传感是一种基于感受并测量物体受力变形所产生的应变的传感方式，是一种在各个领域都非常常见的传感方式。在某方面来说，应变传感也可以叫压力传感，两者并没有太大区别，压力传感是能感受压力信号(比如力的大小和受力时间的长短)，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出电信号的一种传感方式。

(2)湿度传感

湿度传感器常用的工作方式为电阻抗式，通常在柔性基底上制备金属探测电极，水分含量的大小会影响检测电极之间的阻抗，通过检测阻抗大小即可获得所需的信息。在某些情况下，湿度传感器具有不与待测物体直接接触的特点，这使其成为实现远距离非接触式信号感应的重要手段。

(3)温度传感

温度传感是指能感受温度并转换成电信号输出所需的传感方式。温感是人体和外界环境交互的重要信息，精确的皮肤温度可以提供有关认知状态、心血管健康、恶性肿瘤和许多其它重要的生理方面的信息，同样能够感受温度也是电子皮肤需要的基础功能之一。

(4)代谢物传感

代谢物传感是一种生物传感，主要根据人体代谢物中各种生物小分子的浓度变化和大小来反映一些问题。当前最为成熟的是通过检测汗液中的生理成分来监测重要信号的柔性电化学传感器，其具有无创性、 减少对皮肤的刺激和易于测量的优点。

4、电子皮肤的应用

目前所研发的电子皮肤在健康监测、触觉、人机交互、生物医疗、心率脉搏检测等方面已有显著作用，并带来了更多的可能性，且由于材料、基底、结构和器件等选择不同，所设计出的电子皮肤的类型和特性会有所不同，应用到各方面所发挥的作用也会不同。

(1)健康监测

现代医疗检测仪器不仅价格昂贵，而且检测过程复杂，许多仪器检测后不能立即得到诊断结果。但通过电子皮肤，患者不仅可以实现无创检测，而且可以实时得到检测结果。

(2)触觉感知

在制备过程中将性能较高的电子皮肤贴合在机器人或假肢的表面，通过温度传感器或湿度传感器感受周围环境变化，能够使机器人或者假肢拥有与人类相似的触觉。

(3)人机交互

将电子皮肤装饰在机器人表面，当触摸它时会立即产生信号给控制器，以实现机器人的智能感知。在智能电器上增加这样的一个人机界面，人的动作和安装传感器的设备会实现更好的互动，使人机交互设备拥有更加真实的触感。

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