想象一下电子皮肤和柔性可穿戴的应用场景 | 科技特训营干货
2017 年 7 月 9 日，科技特训营第二期第一模块正式结束，期待 8 月份再次相见。
线下课程虽结束，这里线上干货继续奉上：
讲师：孙瑜博士 前哨团成员
全球最大炭黑公司 Birla Carbon 科学家
课程主题：《柔性纳米材料与人机/脑机接口上的应用和展望》
以下为课程精华部分节选：
● 柔性材料最关键的性能有四个
第一个是延展性，第二个是弯曲性，第三个是速度（就是电子迁移率），最后一个就是成本。柔性材料在实验室可以做得超级好，但是我们要考虑成本问题。我们最终的目标是要把柔性材料应用到电子产品，成本是很关键的。
为什么叫柔性材料？比如说由硅和无机材料搭建，杨氏模量达到100GPa ，模量越大材料越硬。生物组织骨头最高才10GPa，脑组织最低是1kPa，特别软，跟材料不是一个数量级的。
若需要把材料跟人体做一个有机结合，当我们把这个材料放在身体里以后，需要这个材料跟我们人体的皮肤、人脑的组织、头骨有相似的硬度，就是共性。手臂弯曲的时候，这个材料跟着我弯曲，不是很硬。塑料、骨头跟凝胶有不同的模量，模量是非常重要的数据。
接下来重点说一下柔性材料在电子皮肤和可穿戴方面的应用：
● 电子皮肤
我们人体的皮肤看起来特别简单，其实皮肤上面有两个静态的低频压力传感器，两个动态高频压力传感器，有三种体感，疼痛、热、冷。你感觉到疼痛，是静态的传感器。如果你的手规律地敲击，也会感觉到动态的传感器。为什么要给大家讲这个东西呢？
因为我们要设计传感器，这时要模拟皮肤上的传感器，做成比较逼真的皮肤。特别是机器人，如果机器人的手可以包上类似的材料，这个机器人的触觉就跟真实的触觉类似。这里有几个点需要明白：
我们知道传感器感觉到信息后，要传到神经系统才能够接收到信息。如果我们要刺激神经系统，可以通过各种各样不同的方法，比如有光刺激、电刺激、磁刺激。
我们走的时候不需要看着手和脚，就知道他们的具体的位置，知道被什么碰到，这是本体感觉。捡起物品的能力其实很大程度上依赖于手部皮肤和肌肉反馈的触觉信息，一位手指麻痹的人士很难点着一根火柴。
这是传感器很重要的一点，就是想模拟人类的本体感觉，就是神经假体。我们需要神经元活动的记录为基础，形成一个包含记录和刺激的闭环，相当于碰到一个东西，通过模拟的神经电路刺激到我们的中枢神经和大脑，再反馈给我们的手，做成相应的记录。
仿生手指很难做到返回像真实手指一样的触觉信息，不过它可以发送其他信号给大脑。刚开始病人可能会有奇怪的感觉，但他的大脑最终能学会把这个信号看成一种新的触觉，这是感觉替代。
这是综合性的电子皮肤，一个机器人带上这个膜，会感觉有压力、热觉和湿度，传感器包含在里面。直观给大家讲一下，手上面用了电子皮肤，手动的时候，红色的意思是说，这个地方拉伸的最多，蓝色的皮肤没有拉伸到。
这是另外一个电子皮肤，这是斯坦福大学高教授 Zhenan Bao 做的实验，也是一个华人教授。这是一个软性材料做的传感器，我们放一只很轻的苍蝇，它的传感器信号就特别明显。它的灵敏度比我们手指强很多，一只蚊子停在你的手上没有感觉，但是这个传感器可以感觉出来，信号很明显。
这是日本东京大学的一个教授 Takao Someya 做的一种镀金皮肤，贴在手上的时候，会感觉到手的哪个方面移动地比较厉害，哪一个方面不移动。
● 柔性可穿戴
接下来给大家讲一下可穿戴，MC10 公司有一定的商业化成品。
贴在皮肤上可以搜集到不同的数据，这个电子纹身，这一片只有几厘米，当贴在皮肤上的时候，就可以接触到心电、肌电、脑电等很多信息，所有的功能都集中在很薄的皮肤里。
可以把芯片贴在眼睛左边侧面，测量癫痫发作；可以贴在耳朵，增加约会的体验和增强游戏的体验；把这个贴在手臂上，通过训练用它操控无人机的行驶。
生物印章是一个比较宽泛的概念。刚才给大家讲的主要是压力、温度，还有各种各样的心电，还有肌电、脑电的监测，还有紫外光、汗液可以作为生物印章，里面的电路不一样，可以监测到不同的信号。
这是一个MC-10的产品，跟锐步合作的商业化的橄榄球头盔。橄榄球运动员在场上比赛的时候，如果灯是绿色的，就证明没问题。变成红色的时候，就冲撞了，需要下场。这是一个很大的电子皮肤。在《前哨》王老师有提到这个材料，它的商业化是比较好的。
这是 MC-10 跟欧莱雅合作一个项目，我们可以通过很小的芯片来监测美女在沙滩上被紫外辐射的强度，监测紫外线的曝光度。
生物印章还有汗液的监测，有一些公司在做，这里就先不展开了。
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