汗水供能的電子皮膚。
皮膚是我們感知周圍世界的重要工具，它讓我們感覺溫度、壓力、快樂或痛苦。皮膚也是向其他人傳遞我們自身信息的窗口。例如，媽媽用手摸下額頭，就可以判斷我們是不是發燒了。約會時，我們可以在親密交談時看到對方臉頰上泛起的紅暈。健身房教練可以根據你身上的汗液推斷出鍛鍊效果。
美國加州理工學院的助理教授Wei Gao，希望透過皮膚瞭解更多信息。為此，他用橡膠材料和傳感器，開發了一種可直接應用在人體皮膚上的電子皮膚。這種電子皮膚可以監測佩戴者的心率、體溫、血糖水平、代謝副產物，以及控制肌肉的神經信號。不僅如此，它還不需使用電池，完全依靠人體自身的代謝廢物供能。Gao說：“電源是這類可穿戴設備面臨的主要挑戰之一。許多可穿戴設備依靠電池供能，但這不具備可持續性。也有研究人員嘗試使用太陽能電池或人體運動的能量供能。但我們想知道，是否能從汗水中獲得足夠的能量驅動可穿戴設備？答案是肯定的。”
人體汗液中含有大量乳酸，這種化合物是正常代謝過程的副產物。電子皮膚內置的燃料電池能夠吸收乳酸，然後與大氣中的氧氣結合，產生水和另一種新陳代謝副產物丙酮酸。當整個系統運行時，生物燃料電池可以產生足夠的能量為傳感器和藍牙設備供電，實現電子皮膚的無線數據傳輸。Gao說：“雖然近場通信是無電池電子皮膚系統的主要通信方式，但它只能用於非常短距離內的電力傳輸和數據讀取。藍牙通信功耗雖然更高，但對於醫療和機器人實際應用來說，它是一種更具吸引力的擴展連接方式。”
Gao表示，除供能問題外，電子皮膚還需要具備穩定性、高功率強度和弱降解性。研究人員將碳納米管浸漬在鉑/鈷催化劑和含有乳酸分解酶的複合網格中，製造了生物燃料電池。這種電池可以在人體汗液中連續數天產生穩定的功率輸出，最高可達每平方釐米數毫瓦。Gao說：“我們希望這個系統能成為一個平臺。除可穿戴設備外，它還能拓展成人機界面。利用該平臺收集的生命體徵和分子信息有望用於設計和優化下一代假肢。”
編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：張夢
期刊來源：《科學機器人》
期刊編號：2470-9476
原文鏈接：
https://www.caltech.edu/about/news/electronic-skin-fully-powered-sweat-can-monitor-health-serve-human-machine-interface
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