許多賽博朋克風格科幻作品中都有這樣的情節，在昏暗嘈雜的未來都市角落，主人公遇到等待已久的接頭人（通常還是個漂亮女性），然后拿出識別設備微微一掃，對方金屬色緊身衣或者裸露的皮膚上就出現了若隱若現的二維碼，然后空中就出現一段涉及機密的VR/AR影像……

這種貼在身上，能夠被外界設備識別，甚至儲存信息的電子皮膚，本質上是一種很薄、很輕的穿戴設備，電路被集成到薄薄的皮膚一樣的膜里，可以直接貼在身體上。華中科技大學機械學院教授，2020年科學探索獎獲得者黃永安教授稱，目前已經能制造出厚度為1微米（保鮮膜厚度的1/20左右）的電子皮膚，貼在身體上，幾乎都感覺不到它的存在。

1微米的厚度非常小，需要用螺旋測微計才能測出 | 圖蟲創意

根據不同的功能，現在正在研發中的柔性電子皮膚，其使用的材料各不相同，包括納米材料、與聚合物材料等等。例如，科羅拉多大學博爾德分校研制出的電子皮膚，使用的是液體金屬材料作為電線，表面用聚亞胺來包裹。在阿卜杜拉國王學院的項目中，使用的是二氧化硅納米顆粒增強的水凝膠作為皮膚表面，碳化鈦作為傳感層。無論使用何種材料，電子皮膚的特性都需要和人皮膚非常相似：它可以像人類皮膚一樣褶皺，拉伸，旋轉，彎曲等，卻不會影響到本身的功能。除此以外，應用場景不同，它們的特征還有些細微的差別。

科羅拉多大學使用液體金屬材料和聚合物制作的電子皮膚 |

https://advances.sciencemag.org/content/6/45/eabd0202/tab-pdf

正因為這種柔性電子覆蓋層緊貼皮膚，如果內置電路，就可以非常準確地監測人的身體狀況。對比傳統的穿戴設備，電子皮膚帶來的精準度和便利性的提高不言而喻。傳統的醫療監測設備，為了實時監測，要在身上布滿貼紙和線，還需要在病人口袋放置機器。醫生還需要提醒患者不要過多運動，擔心信號會因為運動而接觸不良，產生測量誤差。電子皮膚就可以解決這樣的問題，只需要在身體上貼上帶有相應傳感器的電子皮膚，然后通過藍牙等無線方式將數據傳輸到監測終端即可。這樣的處理不僅能提高監測數據準確性，保證實時性，還能減少病人麻煩，提高診療效率。

傳統的醫療監測設備不方便且很難做到實時 | pixabay

這樣的應用其實已經悄然展開了有一定時間。2018年，加州大學伯克利分校和韓國科學技術院幾乎同時發布了一種醫用電子皮膚。通過不同血氧濃度的血液對紅光的吸收程度不同這一原理（傳統血氧儀也是這一原理），他們發布的電子皮膚都可以監測身體的血氧濃度。

傳統的血氧儀需要夾在手上 | pixabay

今年4月，清華大學馮雪教授團隊公布了一種可以進行連續的血壓和血氧測量的電子皮膚。這種皮膚可以抑制運動帶來的干擾，在運動狀態下也可以使用。作者團隊在北京清華長庚醫院使用了這種皮膚來測量血壓，94%的測量者誤差在5毫米汞柱以內，接近血壓儀國標最大允許誤差（3.75毫米汞柱）。

清華大學馮雪團隊公布的可以測量血壓和血氧的電子皮膚 |

Haicheng L , Yinji M , Ziwei L , et al. Wearable skin-like optoelectronic systems with suppression of motion artifacts for cuff-less continuous blood pressure monitor[J]. National Science Review(5):5.

利用不同原理，電子皮膚還可以監測身體的其他指標。例如，利用酶反應來檢測身體中維生素C含量的電子皮膚，就被加州大學圣迭戈分校在今年5月發布了。

電子皮膚中的酶可以用來轉化汗液中的維生素C，以監測體內維生素C含量 | Sempionatto J R , Khorshed A A , Ahmed A , et al. Epidermal Enzymatic Biosensor for Sweat Vitamin C: Towards Personalized Nutrition[J]. ACS Sensors, 2020, 5(6):1804-1813.

這些電子皮膚無一例外都將傳感器部分集成在皮膚上，緊貼著人類的身體。而數據處理等部分，則在其他終端上。監測指標可以通過藍牙傳送到醫生的終端，為后續分析和治療提供便利。黃永安教授稱，在今年的新冠疫情中，電子皮膚也在監測患者血氧濃度、心率等指標上發揮了作用。

可以將數據用藍牙傳到其他終端進行處理 | pixabay

看到這里，有人不禁要問，那么電子皮膚運轉所需的能量，電從哪里來呢？別慌，還有更黑科技的部分。人在運動的時候，會有皮膚褶皺、變形等。這將會產生能量。電子皮膚已經可以做到，收集這些褶皺、變形等運動產生的能量，用來維持電子皮膚的電力供應。甚至，還能通過汗液進行發電！加州理工學院醫學工程系的助理教授高偉（Wei Gao）稱，人體汗液中含有乳酸，電子皮膚中內置的燃料電池可以吸收乳酸并將其與大氣中的氧氣結合，產生水和丙酮酸，因而產生能量。這樣，從外界看來，電子皮膚仿佛即插即用，令人驚嘆。

加州理工學院提出的汗液發電的電子皮膚 |

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-04/ciot-esf042220.php

不過，如果由于外力作用，電子皮膚遭遇破壞了怎么辦？科羅拉多大學博爾德分校的幾位華人學者研究出的電子皮膚，將剛性（芯片組件）、柔性（改性的動態共價熱固性聚酰亞胺）和液態材料（共晶液態金屬）集成在一起，不但傳感器效果很優秀，加入的液態金屬材料也保證了它擁有自我修復功能，看來《復仇者聯盟》中，鋼鐵俠贈給小蜘蛛的那件納米材料蜘蛛俠戰衣，在理論上至少有了誕生的可能。

已經可以研制出有抗各種極限操作的性能，并且可以自恢復的電子皮膚 |

https://advances.sciencemag.org/content/6/45/eabd0202/tab-pdf

電子皮膚未來的應用恐怕不只是在疫情中監測血壓和血氧那么簡單。它將會更貼近我們的生活，部分取代一些家用健康儀器的地位。它還可以作為日常運動穿戴設備使用，如同現在很多人戴的手環一樣。甚至，用同樣的原理，可以制造機器人的皮膚，使機器人像人類一樣有著敏感的觸覺?？苹秒娪爸?，那些有未來感的，多功能的皮膚，可能需要由電子皮膚來接近實現。

參考文獻

[1]https://advances.sciencemag.org/content/6/45/eabd0202/tab-article-info

[2]https://www.caltech.edu/about/news/electronic-skin-fully-powered-sweat-can-monitor-health-serve-human-machine-interface

[3]Haicheng L , Yinji M , Ziwei L , et al. Wearable skin-like optoelectronic systems with suppression of motion artifacts for cuff-less continuous blood pressure monitor[J]. National Science Review(5):5.

[4]Sempionatto J R , Khorshed A A , Ahmed A , et al. Epidermal Enzymatic Biosensor for Sweat Vitamin C: Towards Personalized Nutrition[J]. ACS Sensors, 2020, 5(6):1804-1813.

[5]Hyeonwoo, Lee, Eunhye, et al. Toward all-day wearable health monitoring: An ultralow-power, reflective organic pulse oximetry sensing patch.[J]. Science Advances, 2018.


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