电子传感器贴在手腕上的效果图
电子传感器的细节图
美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)材料科学教授约翰A•罗杰斯(John A. Rogers),已经开发出一个原型,可以复制笨重的心电图和其他医疗设备的监测功能,这种监测通常只限于临床或实验室环境。这项研究发表在今天的《科学》(Science)上。
为了制成柔性可拉伸的电子装置,罗杰斯利用了一个原理,这个原理他曾经用于实现基质柔性。他制成的元件,都是由传统的、像硅一样的高性能材料组成,不仅超薄,而且“在结构上形成弯弯曲曲的形状”,这就使它们能够变形而不会断裂。罗杰斯说,因此,“整个系统都具有这种蛛网布局。”
罗杰斯说,在过去,他能够制造的装置,或者是柔性不能拉伸,或者是可拉伸但不具有柔性。尤其是,他以前的工作是有局限的,因为事实上,他设计的电子装置部份,弯曲和拉伸比不上基质,这些装置就安装在这种基质上。
电子纹身达到了皮肤的力学性能,它可以承受扭曲、戳刺和拉伸,不会断裂。罗杰斯纹身也可以贴合皮肤表面状况,与它一起拉伸和位移。它可以长时间佩戴,不会产生刺激,胶带和刚性电子装置往往会产生刺激。虽然罗杰斯的初步试验需要特制的基质,但他也表明,这些电子装置可以安装到市售的临时纹身上。
这款样机配备电极,可测量肌肉和大脑活动所产生的电信号。这可用于无创诊断睡眠呼吸暂停(sleep apnea)或监测早产婴儿的心脏活动。罗杰斯说,也可能使用纹身刺激身体康复患者的肌肉,虽然这种用途并没有在这篇论文中说明。
为了证明这种装置有潜力作为人机接口,罗杰斯把一种纹身安装在人的喉部,通过测量喉部肌肉的电活动,控制电脑游戏。这种装置发出的信号包含足够的信息,让软件可以区分说出的单词“左”、“右”、“上”和“下”,从而控制屏幕上的光标。
这种装置包含的传感器,可监测身体的温度,张力和电信号。它也安装了LED,可提供视觉反馈;光电探测器可测量曝光量;还有微型无线电发射器和接收器。这种装置足够小,只需要微不足道的电源,这些电源它可以采用微小的太阳能电池,也可以用无线线圈从附近的发射器接收能量。罗杰斯希望,在不久的将来,可以内置某种能量存储功能,就像微小的电池那样。这些研究人员也在努力制成无线设备。
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