以鱿鱼为灵感的人造皮肤 可承受恶劣的环境

过去几十年创造的无数硬件和软件解决方案从动物和自然现象中汲取灵感。这包括电子皮肤(e-skins)，柔性和可拉伸的电子电路，旨在复制人类的触觉或准确检测物体的触觉特性。

中国大连理工大学的研究人员最近创造了一种新的人造皮肤，灵感来自鱿鱼的颜色变化皮肤。这种电子皮肤在《化学工程杂志》上介绍，具有高度的柔韧性和耐极端温度的能力，同时还具有抗菌特性。

“生物皮肤将环境信息转化为生物电信号，并将其传输到神经系统，以感知外部应变，触觉，振动，温度等，”进行这项研究的研究人员之一牛文斌博士告诉Tech Xplore。“除了生物电信号，特别是头足类动物(例如鱿鱼)皮肤可以通过颜色变化进一步主动感知复杂的环境，用于交流，求偶，伪装，甚至体温调节。

牛博士和他的同事创造的皮肤基于光子离子系统，该系统允许它同步输出光学和电信号。此外，它还整合了具有抗菌特性的月桂酸甘油单酯分子，使其能够破坏超过99.9%的细菌和真菌。

“鱿鱼的皮肤表现出明亮的结构颜色，起源于虹膜载体中反射蛋白的分层光子纳米组装，”牛博士解释说。“我和我的同事成功地通过分层自组装抗菌分子(即月桂酸甘油单酯)构建了类似鱿鱼的光子纳米结构。这种光子纳米结构定位在弹性凝胶网络中。然后，引入防冻剂PEG200和导电离子，得到光子离子皮肤。

当研究人员的皮肤暴露于外部刺激时，例如当它接触表面时，其光子纳米结构的晶格迅速变化，导致颜色的快速变化。同时，皮肤中的离子传输和迁移率也会发生变化，最终实现同步的光学和电双信号响应。

由于其中含有月桂酸甘油单酯，光子离子皮肤几乎可以杀死所有革兰氏阳性细菌和真菌，这对于假肢和其他医疗技术的发展具有特别有价值的功能。最后，引入皮肤的PEG200具有低凝固点，使其对低温具有显着的抵抗力(即降低其冻结或变干的风险)，同时在恶劣环境下也能保持其双信号输出。

“受变色鱿鱼皮肤的启发，我们将光子纳米结构引入电子皮肤，极大地丰富了其感官能力，”牛博士说。“除了通过电信号提供定量反馈、记录和分析刺激变化外，还可以通过其颜色直观地识别更复杂的信息，例如刺激的位置、形状和分布。”

在初步评估中，牛博士及其同事创造的人造皮肤取得了非常有希望的结果。研究人员发现，它两个信号的同步输出甚至允许它区分不同的环境和触觉刺激。未来，这种新皮肤可用于增强各种设备的功能，包括可穿戴设备、软机器人、电子假肢和人机交互界面。

“有许多有趣的动物物种具有这种变色能力，”牛博士补充道。“在接下来的工作中，我们将进一步探索鱿鱼以外物种的生物结构，并开发相应的仿生皮肤。最终，这些皮肤可用于可穿戴设备、交互式传感和其他现实世界的应用。

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