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科学探索：皮肤式指尖传感器诞生，记录匠人技艺成为可能
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科学探索：皮肤式指尖传感器诞生，记录匠人技艺成为可能
这种传感器使用金和聚氨酯制成，能够抵御剪切应力和摩擦。图片来源：2020 Someya et al.
研究人员研发出一种超薄压力传感器，能够直接附着到皮肤上。该传感器可测量手指与物体的互作方式，产生有助于医学和技术应用的有效数据。而且对使用者的手指灵敏度、以及抓取物体能力的影响程度微乎其微，同时还耐摩擦。团队希望自己的传感器能够用于一个新颖的任务——通过数码方式记录手艺人的技艺。
出于多种原因，研究人员想要记录与双手和手指的动作以及其他物理细节。我们的双手是最原始的工具，能够直接接触并操控材料，与当下环境互动。通过记录下双手执行各种任务的方式，能够帮助运动、医学、神经工程及其他领域的研究人员。
但是捕捉这些数据并不容易。“我们的指尖极端敏感，敏感到哪怕只有几百万分之一米厚的超薄塑料薄片都能影响人的感觉。”东京大学 Someya 团队的讲师Sunghoon Lee说，“所以用于手指的可穿戴传感器必须极其轻薄。但这显然会让传感器非常脆弱，容易因摩擦或重复的物理动作而受损。为了克服这一问题，我们创造出一种特殊的功能性材料，轻薄又多孔，称作纳米网状传感器（nanomesh sensor）。”
Lee和团队制备出适用于传感器的两类层状材料，都通过电子纺织（electro spinning）制成，类似于蜘蛛织网的过程。第一层材料是聚氨酯绝缘纤维网，厚度为 200 至 400 纳米，只有人类头发丝厚度的五百分之一。第二层材料是模板状丝网，构成了传感器的功能性电子组件。它由金制成，使用聚乙烯醇框架支撑（聚乙烯醇常常用于隐形眼镜），材料制备后能被洗去，只留下其所支撑的金材料痕迹。多层材料结合在一起，形成了可用的压力和运动传感器。
这种传感器的厚度比头发还要纤细得多，不会影响使用者的触觉敏感度。图片来源：2020 Someya et al.
“在18位测试对象的帮助下，我们对传感器展开了一系列严格测试。”Lee 说，“他们确认，与不戴传感器执行任务相比，戴着传感器的时候完全感觉不到它的存在，也不影响借助摩擦力抓取物品的能力，不会影响手指的敏锐感知。这样的结果正是我们所希望的。”
图片来源：Pixabay
这是世界上首次成功展示不会影响皮肤敏感度的指尖传感器。而且在用100千帕斯卡（相当于一个大气压）的力量摩擦表面 300 次之后，传感器仍然能维持其作为压力传感器的性能，且没有受损。团队希望能够看到该器件的一个新颖应用形式：通过数码手段记录艺术家或者高水平外科医生的精湛技艺。如果能够记录下这些过程，就能够以之前从未达到的高保真度训练机器执行任务。
翻译：阿金
审校：戚译引
引进来源：东京大学
引进链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-11/uot-aps111520.php
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这种传感器使用金和聚氨酯制成，能够抵御剪切应力和摩擦。图片来源：2020 Someya et al.
研究人员研发出一种超薄压力传感器，能够直接附着到皮肤上。该传感器可测量手指与物体的互作方式，产生有助于医学和技术应用的有效数据。而且对使用者的手指灵敏度、以及抓取物体能力的影响程度微乎其微，同时还耐摩擦。团队希望自己的传感器能够用于一个新颖的任务——通过数码方式记录手艺人的技艺。
出于多种原因，研究人员想要记录与双手和手指的动作以及其他物理细节。我们的双手是最原始的工具，能够直接接触并操控材料，与当下环境互动。通过记录下双手执行各种任务的方式，能够帮助运动、医学、神经工程及其他领域的研究人员。
但是捕捉这些数据并不容易。“我们的指尖极端敏感，敏感到哪怕只有几百万分之一米厚的超薄塑料薄片都能影响人的感觉。”东京大学 Someya 团队的讲师Sunghoon Lee说，“所以用于手指的可穿戴传感器必须极其轻薄。但这显然会让传感器非常脆弱，容易因摩擦或重复的物理动作而受损。为了克服这一问题，我们创造出一种特殊的功能性材料，轻薄又多孔，称作纳米网状传感器（nanomesh sensor）。”
Lee和团队制备出适用于传感器的两类层状材料，都通过电子纺织（electro spinning）制成，类似于蜘蛛织网的过程。第一层材料是聚氨酯绝缘纤维网，厚度为 200 至 400 纳米，只有人类头发丝厚度的五百分之一。第二层材料是模板状丝网，构成了传感器的功能性电子组件。它由金制成，使用聚乙烯醇框架支撑（聚乙烯醇常常用于隐形眼镜），材料制备后能被洗去，只留下其所支撑的金材料痕迹。多层材料结合在一起，形成了可用的压力和运动传感器。
这种传感器的厚度比头发还要纤细得多，不会影响使用者的触觉敏感度。图片来源：2020 Someya et al.
“在18位测试对象的帮助下，我们对传感器展开了一系列严格测试。”Lee 说，“他们确认，与不戴传感器执行任务相比，戴着传感器的时候完全感觉不到它的存在，也不影响借助摩擦力抓取物品的能力，不会影响手指的敏锐感知。这样的结果正是我们所希望的。”
图片来源：Pixabay
这是世界上首次成功展示不会影响皮肤敏感度的指尖传感器。而且在用100千帕斯卡（相当于一个大气压）的力量摩擦表面 300 次之后，传感器仍然能维持其作为压力传感器的性能，且没有受损。团队希望能够看到该器件的一个新颖应用形式：通过数码手段记录艺术家或者高水平外科医生的精湛技艺。如果能够记录下这些过程，就能够以之前从未达到的高保真度训练机器执行任务。
翻译：阿金
审校：戚译引
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