集成电子皮肤由汗液提供动力 可充当人机界面监控健康状况
5月9日消息，加州理工学院（CalTech）的研究人员设计了一套薄而灵活的新陈代谢传感器，当包裹在穿戴者的皮肤上时，这些传感器将由汗液提供动力。
正如作者在论文中所描述的那样，这种灵活且具有完全排汗功能的集成电子皮肤（PPES）可以通过乳酸生物燃料从人类汗液中获取能量，符合皮肤弹性模量的聚合物基材，因此可以共形层压在不同的身体部位上，以实现精确的生物传感。该设备无需电池，可连续监测关键的代谢生物标志物，包括葡萄糖、尿素、NH4 +和pH，然后通过低功耗蓝牙将其无线传输到用户界面。
据悉，PPES分为两个主要部分。第一部分是纳米工程柔性电化学贴片，包含生物燃料电池阵列和生物传感器阵列，用于人体汗液中的能量收集和分子分析，所有这些均通过蛇形连接的电极阵列进行。第二部分是柔性电子贴片，它通过用于电源管理、信号处理和无线传输的柔性互连，将刚性电子器件整合在超薄聚酰亚胺基板上。
无电池，由生物燃料驱动的电子皮肤的示意图，该电子皮肤可从人体有效地收集能量，执行多重生物传感，并通过蓝牙将数据无线传输到移动用户界面。
同时，研究人员还将具有独立入口和出口设计的皮肤界面微流体模块集成到PPES中，以实现有效的新鲜汗液采样，从而实现稳定的BFC操作和准确的汗液分析。然后用聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装PPES的电子组件和互连，以避免汗液/电子接触。
对于PPES所使用的实际生物燃料电池，它由固定有乳酸氧化酶（LO x）的可催化乳酸氧化为丙酮酸的生物阳极和将氧还原为水的Pt合金纳米颗粒修饰的阴极组成。事实证明，BFC电极上的这些氧化还原反应可产生高达3.5 mW / cm 2的稳定电流，从而为代谢物传感器提供长达60小时的连续运行时间。研究人员证明，PPES可以在长时间的体育活动中选择性监测关键的代谢分析物以及皮肤温度。
为了进一步推动实验，作者将软应变传感器集成到出汗驱动的电子皮肤中，以监测肌肉收缩，然后将应变信号发送到人工假体，实际上使PPES成为人机界面。研究人员报告说，即使在机械变形下，弯曲半径为1.5厘米，PPES仍能保持一致的传感器读数。
灵活的BFC生物传感器贴片的示意图。
通过在与PPES连接的手和肘上使用基于CNTs / PDMS弹性体的应变传感器，电子皮肤能够准确地监测手指和肘的弯曲（根据应变传感器的电阻变化）。通过无线方式接收到这些信号的机械臂可能会模仿穿戴者手臂的手势，逼近并抓住目标物体。作者设想的另一个实际用例是康复环境中的机器人协助。
通过推断，他们预计，结合更多的用于脑电图和肌电图记录的物理传感器以及连续的代谢监测功能，可以使多模式PPES用于设计和优化新型假体，从而使人进入假体控制环路，针对用户意图和行为的用户特定时间响应。
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张帅说传感
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