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工程师利用纳米线制成人造皮肤 - China Medical Device Manufacturer
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Fri, January 19th, 2018

2010年10月CMDM电子快讯 » 技术新知
工程师利用纳米线制成人造皮肤

加州大学伯克利分校的工程师们采用半导体纳米线制成的压力敏感的电子材料,开发出了一种“功能类似于人类皮肤,具有感知和触摸物体的能力”的材料,电子工程和计算机科学系副教授兼人造皮肤研究小组负责人Ali Javey说道。

研究人员将其称为“电子皮肤”,据称该材料是第一个用无机单晶半导体制成的皮肤。

有触感的人造皮肤有助于解决机器人面临的一个关键困难:使用需要的力度抓握并操纵各种物体。

同时还是伯克利传感器和执行器中心成员及劳伦斯伯克利国家实验室材料科学分部科学家的Javey说:“人类知道如何拿而不会打破易脆的鸡蛋,他们希望机器人也能知道如何在不打破玻璃的情况下放下碟子。例如,如果我们希望机器人放下碟子,我们就想确保它不会打破酒杯。我们还希望机器人抓住汤锅,而不扔掉。”

长期目标是利用电子皮肤恢复装有假肢的患者的触感,这需要电子传感器和人类神经系统的整合的大幅进步。

过去尝试利用有机材料开发人造皮肤是因为有机材料柔韧且易于加工。

“问题在于有机材料不是良好的半导体,这意味着用它们制成的电子器械通常需要高压操作电路,” Javey说道。“而另一方面,无机材料(如晶体硅)具有极佳的电子特性,可以在低功率下工作。它们还更具化学稳定性。但以往它们的柔韧性较差,且易裂缝。在这方面,包括我们在内的各个集团的最新研究显示可以制备柔韧性极好的无机微型条或线——是高性能、可机械弯曲的电子产品和传感器的理想选择。”

加州大学伯克利分校的工程师采用的制造技术有些像颠倒的粘刷。它不收集纤维,而是积聚纳米线“毛发”。

研究人员先在圆筒形罐上放置锗/硅纳米线,然后滚至粘性基材上。这里使用的基材是聚亚胺薄膜,但研究人员称该技术可应用于各种材料,包括其它塑料、纸或玻璃。罐卷好后,纳米线整齐的积聚或“印刷”于基材上,形成薄的柔性电子材料薄片的基底。

研究人员采用的另一种与之相辅的途径是先在平整基材上放置纳米线,然后配向摩擦将其转移至聚亚胺薄膜上。

在电子皮肤中,工程师们将纳米线印入各边长7厘米的1819象素的矩阵上。每象素包含由数百个半导体纳米线组成的晶体管。随后将纳米线晶体管连接至压敏橡胶,提供传感功能。需要不到5伏的电压操作并在2000个弯曲周期后维持矩阵的稳定性。

研究人员证明电子皮肤可以检测从0帕到15千帕的压力,敲打键盘或抓物体等日常活动时的压力均在这一范围内。研究人员成功绘制了字母C,向他们的母校致敬。

“这是第一次将定向排列的纳米线材料大规模整合成功能系统——这里是电子皮肤,”该研究的第一作者,电子工程和计算机科学博士后Kuniharu Takei说。“该技术可以大规模采用。现在限制电子皮肤体积的因素是我们使用的加工工具的体积。”

有关这项研究的详细信息,请登陆www.berkeley.edu/news/media/releases/2010/09/12_eskin.shtml

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