这种电子皮肤是一种柔韧的半导体薄膜,麻省理工学院将其描述为一种电子透明胶带。
该设备有一层超薄的氮化镓薄膜,可以用电信号响应机械应变,并响应电脉冲振动。麻省理工学院表示,研究人员制作了纯单晶氮化镓样品,并将其与一层导电金配对,以提高收入和输出电信号。
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这使得电子皮肤不仅可以检测心跳振动等生命体征,还可以利用设备的振动来产生电信号,并将其传输到附近的接收器。
该研究的通讯作者Jeehwan Kim在一份报告中说:“芯片需要大量的电力,但我们的设备可以使系统非常轻,而不需要任何耗电的芯片。新闻发布会上.“你可以把它像绷带一样绑在身上,再配上手机上的无线阅读器,就可以无线监测你的脉搏、汗液和其他生物信号。”
Kim是麻省理工学院机械工程和材料科学与工程的副教授,也是电子研究实验室的首席研究员。
Kim和其他研究人员此前已经开发出一种方法,可以快速生长并剥离涂有石墨烯的晶圆上的超薄半导体。这项技术被称为远程外延,它使他们能够制作和实验电子皮肤薄膜。
他们在最新的研究中使用了远程外延技术,发现心率升高引起的皮肤状况的微小变化也会影响传感器的振动和它发出的信号。
“如果脉搏有任何变化,或者汗液中的化学物质,甚至皮肤暴露在紫外线下,所有这些活动都可以改变氮化镓薄膜上表面声波的模式。我们的电影灵敏度很高,它可以检测到这些变化,”合著者金永金说,他是麻省理工学院的博士后,现在是辛辛那提大学的助理教授。
麻省理工学院描述了研究人员如何测试他们的电子皮肤概念:
研究人员制作了一层纯净、高质量的氮化镓薄膜,并将其与一层黄金搭配以增强电信号。他们以重复哑铃的模式沉积黄金——这种晶格状的结构赋予了通常刚性的金属一定的灵活性。氮化镓和金,他们认为是电子皮肤的样本,只有250纳米厚,大约是人类头发宽度的1 / 100。
他们把新的电子皮肤放在志愿者的手腕和脖子上,并使用一个简单的天线,在不接触传感器本身的情况下,无线记录设备的频率。该设备能够感知并无线传输志愿者皮肤上氮化镓表面声波与心率相关的变化。
研究小组还将该设备与一层薄薄的离子传感膜配对,这种材料可以选择性地吸引目标离子,在这种情况下,就是钠离子。有了这种增强功能,当志愿者拿着发热垫开始出汗时,该设备可以感知并无线传输钠含量的变化。”
研究人员说,目前的电子皮肤设备可以用来监测其他重要的生物标志物。
“我们展示了钠传感,但如果你改变传感膜,你可以检测到任何目标生物标志物,比如与压力水平相关的葡萄糖或皮质醇,”合著者、麻省理工学院博士后Jun Min Suh说。“这是一个非常多功能的平台。”