科学家研制“电子皮肤” 助力可穿戴传感器多场景应用

参考消息网报道 据《日本经济新闻》11月18日报道，东京大学的一个研究团队开发出一种透明的薄膜状电子材料，可附着于皮肤表面。通过少量电流，该材料可作为化妆技术应用，以均匀肤色。预计其原型产品最早将于2027年完成。未来的用途包括智能手表等运动装备或收集生物特征信息的医疗设备。

肌电图（EMG）技术通过读取皮肤表面的肌肉运动来获取信息，目前正在进入商业领域，应用于可穿戴设备，并通过无线通信与智能手机和其他设备连接。其应用领域包括智能手表、医疗保健以及马拉松运动员的脉搏监测。

由东京大学生产技术研究所副教授松久直司领导的研究团队正在开发一种透明的薄膜状电极技术，该技术可与皮肤无缝贴合。这种薄膜厚度约为200纳米（1纳米等于十亿分之一米），即使是最细微的皱纹也能完美贴合。

其制作方法是将导电物质与一种类似橡胶的弹性聚合物材料混合。将混合物滴在旋转的基底（例如玻璃）上后，离心力会使混合物均匀铺展成薄薄一层。硬化后的薄膜可以剥离，用水润湿后贴于皮肤上。通过连接传输电信号的超细导体，可以测量面部肌肉（例如面部表情肌）运动时产生的微弱电信号。

按照设想，该技术的一个具体应用场景是美容。正在开发的产品在电流通过透明电极时会改变颜色，这可以均匀肤色，减少瑕疵，同时保持皮肤的自然纹理。它还可以用于遮盖因受伤或疾病造成的疤痕。

这种薄膜可以使用现有的生产设备进行制造。由于设备可采用市售材料制成，因此能够有效抑制成本。

现阶段该材料还存在一些问题，比如容易因汗水和水而脱落，但一款作为美容设备使用的原型产品计划最早于2027年完成。

全球信息公司预测，可穿戴设备市场预计将从2025年起以年均15%的速度增长，到2029年市场规模达到约2200亿美元。市场增长预计将受到智能手机的广泛使用以及利用心率和呼吸频率等生物识别信息进行医疗保健服务的应用推动。

这种超薄、可粘贴的传感器技术也得到了运动产业的关注。理化学研究所的研究员李成薰领导的研究团队正在利用该技术开发一种“可穿戴”设备。虽然市面上已有可穿戴设备，但它们也存在一些挑战，例如复杂的布线和易受外部电磁场的影响，这使得在剧烈运动中难以精确测量电信号。

李成薰的团队采用可拉伸材料构建了信号线、绝缘层和电磁场屏蔽层。他们展示了该设备在跳跃等剧烈运动、康复训练以及其他由第三者控制肌肉运动的情况下，都能精确测量肌肉电信号的能力。

未来研究工作将继续与医学和运动领域的专业人士合作，旨在开发一种能够获取心率、体温等多种生物特征信息的设备。结合加速度传感器，预计还将开发出一种能够识别身体运动和力量的系统，用于控制虚拟现实角色。

随着可穿戴设备市场日益增长，美国、韩国和中国等国家正积极开展可拉伸电子材料的研发工作。2024年，美国斯坦福大学一个研究团队宣布成功开发出一种由柔软弹性电子材料制成的可拉伸晶体管。（编译/刘林）