悄然走來的織物化電子皮膚

電子皮膚貼片是將一種像衣服一樣的設備貼在皮膚上以達到特定的功能，市場上大多數成功的產品并不一定稱為“電子貼片”，但屬于同一種類型。業界發現，所謂的電子皮膚應用范圍越來越廣。這是他們過去不曾預料到的。

能探測健康的織物傳感器

工程師已研制出一種試驗貼片，它可接收皮膚發出的生理信號，然后將這些健康讀數無線傳輸到固定在衣服里的接收器上，稱之為BodyNet系統。人們往往認為皮膚的保護功能理所當然，而忽略了它發出細微信號的作用，比如心跳加速或尷尬臉紅。

美國斯坦福大學工程師研發出一種檢測皮膚發出的生理信號的方法，這種傳感器就像創可貼一樣粘在皮膚上，然后把讀數發送到夾在衣服上的接收器上。為了演示這種可穿戴技術，研究人員將傳感器固定在一受試者的手腕和腹部，通過檢測他們的皮膚在每次心跳或呼吸時的拉伸和收縮情況，監測受試者的脈搏和呼吸。同樣，在人的肘部和膝蓋上也可附著這類貼片，通過測量肌肉彎曲時皮膚收緊或放松的時間，來跟蹤手臂和腿部的運動。

化學工程教授鮑哲南(Zhenan Bao)的實驗室在近期《自然電子》(Nature Electronics)雜志上發表的一篇文章中描述了這一系統。其實驗室已在嘗試開發新的貼片以檢測汗液和其他分泌物，追蹤諸如體溫和壓力等變量。其最終目標是創造一套無線傳感器，傳感器可附著在皮膚上，并與智能服裝一起工作，從而比現在消費者使用的智能手機或手表更準確地跟蹤更廣泛的健康指標。

科學家確定無疑，他們有朝一日即可研發出一種全身皮膚傳感器陣列，在不干擾人體正常活動的情況下收集生理數據。

電子皮膚的作用：可伸縮、舒適度再加功能化

由14人組成的博士后團隊花了三年時間設計人體傳感器。其目標是開發佩戴舒適、沒有電池或剛性電路的技術，以避免貼片與皮膚間發生錯位和收縮。他們最終利用射頻識別技術的數字變化滿足了設定的參數，即用射頻識別技術控制無鑰匙房門的閉合。當人拿著身份證對著射頻識別接收器時，電子身份識別器上的天線就從接收器上獲取了一小點射頻識別能量，并利用它產生代碼，然后將其發送回接收器。這樣，智能房門就自動開啟。

車身貼紙類似于這種身份識別系統:它有一隱形天線，可從衣服上的接收器接收到微弱的RFID能量并轉為傳感供電。然后，又從皮膚獲取讀數，并將其傳回附近的接收器。但為了使附著在人體上的無線貼片起作用，研究人員須創造一種可像皮膚一樣伸展和彎曲的天線。他們通過在橡膠貼紙來做到這一點。然而，每當天線彎曲或拉伸時，人的運動就使信號過于微弱和不穩定，無法使用。

為解決這個問題，斯坦福大學研究人員開發出一種新型的射頻識別系統，它可在不斷波動的情況下向接收器發送強大而準確的信號。然后，電池供電的接收器使用藍牙定期將貼紙上的數據傳輸送至智能手機、電腦或其他永久存儲系統。貼紙的最初版本依靠微小的運動傳感器來測量呼吸和脈搏讀數。研究人員目前正研究如何將汗液、體溫和其他傳感器整合到天線系統中。

為了讓這一技術超越臨床應用，進入消費者友好型設備，研究人員需克服另一挑戰，即讓傳感器和接收器彼此靠近。在試驗中，研究人員在每個傳感器上方的衣服上夾了一個接收器。傳感器和接收器一對一配對，這在醫學監控中是可行的，但要研發人可在鍛煉時身著防護網似的服裝也能織入的天線。這樣，無論把傳感器放在哪里，都能接收和傳輸信號并都能探測人的健康狀況。這無疑是個偉大的健康創舉。

織物化貼片還能做什么

糖尿病管理方面的產品包括血糖實時監測裝置即所謂的“貼片泵”——胰島素泵。而心血管監測方面的設備范圍涉及傳統的心電圖治療、住院和門診監測設備再到動態心電監測器、監視器以及其他可移動心臟遙測設備等具體產品。電子皮膚貼片產品還包括腋窩溫度傳感器、汗液傳感器、運動傳感器、生物組織(如TENS、EMS)貼片，以及其他許多行業和特定類別的設備。電子紡織品行業分析人士海沃德認為，盡管以上設備功能發揮有所不同，但創新仍然標新立異，增加貼片的潛在磨損時間漸成迫切需要解決的問題，包括電池壽命管控和功耗，這能增加產品的舒適度，實現特定應用的優化。

另一電子皮膚用于貼合設備或稱為皮膚的粘合劑。它足夠堅固，能確保設備安全，滿足消費者需求也易于移除，且適用于所有膚質，不會對皮膚產生刺激。現今的產品創新趨勢是采用靈活的電子設備和諸如絲網印刷等工藝，旨在使設備更能貼合皮膚。

電能問題在可穿戴技術上占據另一關鍵因素。海沃德認為，電池在傳統制造上靈活小巧，在部件方面極具挑戰性，但如今的市場選擇日趨成熟且可靠，因而具有無限的發展可能性。

皮膚貼片，其電子元件為傳感器、執行器、處理器和通信，屬于電子功能集成，可實現上述設備的連接和“智能”。皮膚貼片在諸多方面都可作為終極的可穿戴電子設備，為佩戴者提供最小負擔感和最大舒適度。自從2014年以來，“可穿戴設備”的需求已開始實現增長，人們對電子皮膚貼片的興趣大增。

各類電子皮膚市場居于獨特的生態系統，有不同的參與者、驅動程序、限制性和歷史性。其中有些已取代成熟市場上現有的產品，尤其是糖尿病管理和心血管監測，每年全球處于這一浪潮前沿的公司都能創收數十億美元。

因此，電子皮膚貼片的每個應用領域依次都有相關技術、產品類型、競爭格局、行業參與者、定價、歷史收入和市場預測。涉及的領域包括糖尿病管理、心臟檢測、醫療病人監測(住院和門診)、運動傳感、溫度傳感、藥物和美容貼片、用于傷口護理的智能繃帶等。電子皮膚市場已接近成熟。2010年以來的歷史收入數據表明，每個關鍵應用領域在未來10年的具體市場前景都十分廣闊。這是因為，電子皮膚的產品類別隱藏了豐富的多樣性。雖然許多人可能認為電子皮膚質地薄，具有貼合皮膚的高度整合技術，但實際上，許多成功的產品在今天來看仍然相對笨重。因此，智能貼片未來發展相關的技術領域，特別是柔韌、可拉伸以及可保形的電子元件創新不斷出現。這種標新立異的發展，不但會使更多的產品發展為皮膚貼片，也會改善現有的電子皮膚貼片的外形。

它緊跟現有覆蓋領域的潮流，如可穿戴技術、柔性電子、可拉伸和保形電子、電子紡織品、高級傷口護理、生物電子等。方法包括初級和次級研究，研發商業電子皮膚的公司高管和科學家都樂于談論未來的市場。這不足為奇，因為世界上已有100余家公司擁有這類項目并持續研發，且每個項目都隨著時間的推移而更新，并在其適當的產品生態系統內做相對比較。

經驗豐富的分析師團隊依據數十年的經驗基礎覆蓋新興技術市場，尤其是涵蓋像柔性電子產品這類電子皮膚的核心領域。包括柔性和可穿戴電子產品在內的領先行業會議和展覽不斷出現。每年約有6000家參展商推出相關產品，可見他們對電子皮膚的熱忱是多么的旺盛。

（據下列國際英文媒體：美國《科技日報》《高級紡織資源》《柔性電子技術》近期資料https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190816092424.htm

https://advancedtextilessource.com/2019/11/04/whatelectronic-skin-patches-can-do/

https://www.idtechex.com/en/research-report/electronicskin-patches-2019-2029/674）