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原标题:实现人工电子皮肤自我发电,伸缩性太阳能电池

浏览次数:109 时间:2020-01-05

斯坦福大学的研究人员鲍哲楠正在研究制造一种超级人造皮肤,这种皮肤可以感知压力及各种各样的分子,并且这种人造皮肤是利用伸缩性的太阳能电池供电运作的。

华裔教授研制可拉伸太阳能电池 实现人工电子皮肤自我发电

美高梅网投平台,截止至目前为止,鲍哲楠研究制造的这种人造皮肤上的传感器可以感知苍蝇的降落,现在她正在增加这种皮肤分辨化学物质和感受各种生物分子的能力。为了给人造皮肤供电,她采用了聚合太阳能电池,这种电池具有灵活性,且在原始长度的基础上可以拉伸30%,并且还能再恢复原状,不会造成任何损伤及电力损失。

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这种人造皮肤是以一种灵活的有机晶体管为基础的,这个灵活的有机晶体管是由灵活的聚合物和碳材料组成。为了能够感知触觉,晶体管含有一层薄的、高弹性的小倒金字塔组织结构的橡胶层,被压缩的时候,这个橡胶层的厚度就改变了,从而流经晶体管的电流也就改变了。这层传感器每平方厘米的组织上包含数以万计的,甚至达到2500万的金字塔组织,含有这么多金字塔组织是为了能够具备高感知性。

去年发明人工电子皮肤的斯坦福大学女教授鲍哲南,视探索比人类皮肤更敏感的“超级皮肤”为目标。她的研究团队近期又创造性地研制出世界最新的可拉伸太阳能电池,为人工电子皮肤增添了自我发电的新功能,同时将人类对电子皮肤的研究上升到新阶段。

在晶体管的表层包裹一层分子,这些分子能够与目标分子粘合在一起,从而使晶体管能够感知化学或者生物分子。鲍哲楠的团队通过检测一种特定的DNA,已经成功演示了这一理念。研究人员现在正在努力把这一科技延伸到蛋白质检测,这对医疗诊断很有帮助。

鲍哲南2月23日接受记者访问时说,“我们已经证明了可以把太阳能电池做成像人工皮肤一样具有拉伸功能。这样的人工皮肤不仅可以模仿人类皮肤的敏感,更超越并增添了人类皮肤没有的发电功能”。

太阳能电池轻巧、灵活的提供动力把感知数据传递到大脑或者是计算机。研究人员制作这种延伸性的太阳能电池的步骤如下:拉伸聚二甲基硅氧烷薄膜并把薄膜压紧到一个玻璃基板上,然后往薄膜上旋转式的包一层聚乙撑二氧噻吩,接着再加一层P3HT:PCBM,再滴几滴镓铟混合物,最后把这它从玻璃板上移下来。薄膜会自动收缩,产生一些扣,但铟混合物符合薄膜上的微观扣。

这种世界首创的新型太阳能电池由特别塑料做成,具有非常柔韧灵活的特性,它们可以被拉伸到自身长度的30%,功能不会改变。回复原位后没有任何损害,也不会丢失电力。以此制成人工电子皮肤可自我发电,不需要电源就能运作。同时,这种特别塑料由具有可生物分解功能材料制成,具有环保特点。

研究人员发表的文章显示:他们制造的这种太阳能电池在延伸和不延伸状态下的光电性能很接近,而且这些研究人员还证明这种电池可以沿着两条轴线拉伸。

鲍哲南表示,她的成果与其他学者的区别在于,“已有的研究是把一个个太阳能电池用一根根线连接起来,做成一张网,这张网可以拉伸。但我们单独一个太阳能电池就可以拉伸。”

鲍哲楠认为这种超级人造皮肤不仅仅是一种超级仿真人造皮肤,这种仿造皮肤还可以使机器人或者其他的仪器能够执行那些在真正的人类皮肤上无法执行的功能。她说:你可以想象一下,机器人的手可以用来触摸特定的液体来检测那些与疾病有关的特定的标记或是特定的蛋白质,然后机器人会有效的报告:这个人有这种疾病,或者机器人可能会触摸人体留下的汗液,说:哦,这个人喝醉了。

这个新功能将扩大人工电子皮肤的运用范围,鲍哲南说,“可折叠的野外露营帐篷,可以使用这种柔韧性强的太阳能电池,不用担心电池受损。”其他用途还包括衣物、机器人和假肢等。

鲍哲楠实验室的博士后研究员、论文的主要作者达伦表示:可延伸的太阳能电池在衣服制作方面的作用也很大。他说:我们身体有些部分,例如肘部,活动的时候会拉伸皮肤和衣服。一种只有灵活性而没有拉伸性的仪器或衣服,在与我们身体的某些具有拉伸性的部位或是机器的某些拉伸部件相结合活动的时候,很有可能破裂.把太阳能电池应用于一些弯曲的表面就显示出它拉伸性能的有用性了,例如在汽车,镜头和建筑元素的表面使用。

来自中国南京的鲍哲南是斯坦福大学化学工程系副教授。去年9月,她的研究团队发明了一种高灵敏度的薄膜材料,能感受一只蝴蝶或者苍蝇轻轻落下的力度。以这种材料制成的人工电子皮肤为医学和人类生活带来新的突破。

“设想一下,用人工电子皮肤做成的机器手接触病人后,可以检测生物分子,判断他得了哪种病”,鲍哲南说,“机器手触摸人的汗以后,就可以判断他是否喝了酒。”

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