電子皮膚的“超能力”

林適雨

相信看過電影《X戰警》的人都會為萬磁王強大而神奇的能力所折服，他可以控制任何金屬，無論他想干什么都完全不需要起身，只要動動手指就行了。

實際上，隨著科技的進步，我們的生活早已變得簡單了許多，比如使用帶有語音識別功能的電子設備就可以打開燈、打開空調等。在很多情況下，我們和萬磁王非常相像。現在，這種相似性將進一步升級，電子皮膚的出現可以讓我們動動手指就能控制一些電子設備。

在過去的幾年中，電子皮膚引起了軟件和材料工程師的廣泛關注。電子皮膚的功能多種多樣，它可以像創可貼一樣，貼在人體皮膚上，追蹤人體的肌肉運動、心率和大腦活動等健康數據;它也可以讓機器人感受到環境的變化，未來甚至可能讓機器人擁有觸覺。

接下來，就讓我們一起來了解神奇的電子皮膚吧！

電子皮膚將世界置于掌中

電子皮膚是一種能夠戴在手上的薄膜，或者可以移植到人體上的仿真皮膚。在電子皮膚中安裝不同的裝置，就可以讓它擁有不同的功能。

2018年，德國亥姆霍茲聯合會（科研機構）的研究人員丹尼斯·馬卡洛夫和他的同事開發了一種可以在不接觸的情況下操縱物體的電子皮膚，它具備定向感知能力（確定物體的位置和遠近）。

這款電子皮膚是手套形狀的，在手心的位置是磁場傳感器，同時指尖還有微小的磁鐵。當人的手做出各種動作時，指尖的磁鐵就會改變位置，進一步改變手部附近的磁場，磁場傳感器便可以捕捉到手部的細微動作，并將動作指令傳輸到相應的電子設備上。

戴著這款電子皮膚的實驗人員不需要接觸實際的鍵盤，就可以遠程在虛擬鍵盤上打字。在另外的試驗中，研究人員在不接觸燈的情況下，動動手指，就成功改變了燈的亮度。

研究人員說，未來電子皮膚將會給我們的生活帶來極大的便利。該設備可能在導航、機器人、再生醫學、體育、游戲以及虛擬現實和增強現實交互方面有很大的用途。研究小組還準備將傳感器的靈敏度提高兩到三個數量級，并根據地球磁場校準該設備。

獲得真實的觸覺

觸覺是人類最基本的五感之一，它能夠幫助人們感知周圍的環境，并且及時規避可能的危險。然而對于一些肢體不健全的人來說，想要正常地通過觸覺感受這個世界仿佛成了奢望。不過，電子皮膚的出現給這類人帶來了福音。

目前，即便世界上最逼真、最仿生的假肢，也難以實現觸覺的突破。具有觸感能力的電子皮膚，卻完全能使假肢理解觸摸、彎曲或按壓等動作，幫助配有假肢的人恢復感覺。

那么，電子皮膚是如何做到的呢？

電子皮膚具有觸覺的原理大同小異，不同的研究機構稍稍有些差別，這里以美國加州斯坦福大學研究人員開發出的一種高靈敏度的電子皮膚為例，這種電子皮膚甚至能夠感受到一只蝴蝶落在手上的輕微壓力。

電子皮膚由三部分元件構成：壓力傳感器、電路和具有特殊蛋白的神經細胞，通過這三個元件，電子皮膚就能實現觸覺信號的接受、轉換和傳遞。壓力傳感器是皮膚最重要的感受裝置，它能夠感受到外界壓力的變化并將壓力轉換為電阻。傳感器連接著電路，將電阻的變化轉換為電脈沖信號。接下來，通過光電裝置（比如微型LED燈），電信號又被轉換成光信號。含有特殊蛋白的神經細胞再將光信號轉換為神經信號，就這樣實現了觸覺的傳遞過程。

能夠感知壓力的觸覺可以幫助人們識別物體的形狀和紋理等。如果同時使用可測量壓力、溫度、濕度和氣流的傳感器，電子皮膚最終會像真的皮膚一樣，甚至讓我們更加靈敏地感受世界。

曾出現在科幻小說中的電子皮膚，現在已經成為了現實中的技術。相信隨著研究的深入，電子皮膚能在醫療、增強人體功能等領域大放異彩。