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由汗水驱动的电子皮肤充当人机界面

研究人员已开发出电子皮肤(e-skin),可直接应用于真实皮肤上。它由柔软、有弹性的橡胶制成,可以嵌入传感器,监测心率、体温、血糖水平和作为健康指标的代谢副产物以及控制肌肉的神经信号等信息。它不需要电池就可以做到这一点,因为它只使用由人体自身废物之一驱动的生物燃料电池。

人体汗液中含有非常高水平的化学乳酸,这是一种作为正常代谢过程副产品产生的化合物,尤其是在运动过程中由肌肉产生的化合物。内置在电子皮肤中的燃料电池吸收乳酸并将其与大气中的氧气结合,产生水和丙酮酸,这是新陈代谢的另一种副产品。当它们运行时,生物燃料电池会产生足够的电力来为传感器和蓝牙设备供电,该设备类似于将手机连接到汽车音响的蓝牙设备,从而使电子皮肤能够无线传输传感器的读数。

虽然近场通信是许多无电池电子皮肤系统的常用方法,但它只能用于很短距离内的电力传输和数据读出。蓝牙通信消耗更高的功率,但对于实际的医疗和机器人应用来说,它是一种更具吸引力的扩展连接方式。

设计一种可以靠汗水运行的电源并不是创造电子皮肤的唯一挑战。它还需要以高功率强度持续很长时间,并且降级最小。生物燃料电池由浸渍有铂/钴催化剂的碳纳米管和含有分解乳酸的酶的复合网制成。它们可以在人体汗液中持续数天产生持续、稳定的功率输出(高达每平方厘米数毫瓦)。

下一步是开发可嵌入电子皮肤中的各种传感器,使其可用于多种用途。除了作为可穿戴生物传感器外,它还可以作为人机界面——使用该平台收集的生命体征和分子信息可用于设计和优化下一代假肢。


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