全球观点：离子皮肤，让仿真人形机器离我们更近一步

在好莱坞科幻大片里面，我们总能看到极其逼真的人形机器人（图1）。他们不仅行为模式像人，还拥有跟人类相似的形体与皮肤。

不知道你有没有这样的感觉：电影中的机器人的行为模式以及外观越像人类，科技含量也就越高。这是为什么呢？

(资料图片)

因为生命是大自然最复杂最精密的“机器”，仅仅人类的皮肤就具有多种特性，例如自愈合性、机械刺激响应、弹性好等等（图2），能够模拟人类也是科技进步的象征。

图2 人类皮肤的自愈合性能与机械刺激响应

那么，机器人的“皮肤”也可以跟人类皮肤一样具有触觉吗？触觉细胞的响应原理早已引起了研究者的关注，国内外科学家此前曾开发出若干种基于此原理具有离子传输机制的离子皮肤。但是由于持续磨损或者机械损伤，导致此类“皮肤”性能逐渐下降。我们是否可以赋予离子皮肤自我修复性能，让它像真正的皮肤一样，既可以感受外界应力又可以自愈合呢？

中国科学院宁波材料技术与工程研究所生物基高分子材料团队根据触觉细胞的机械刺激响应原理，模拟真实人体皮肤的自愈功能和生物离子信号传递机制，设计合成了一种含有动态二硫键功能基团和氯取代基的新型热塑性聚氨酯材料。图3是基于这种聚氨酯制备的离子皮肤示意图。聚氨酯中含有的动态二硫键一直在进行可逆的动态键合，无需额外的能量即可使伤口在室温下也能快速自主自愈。在光学显微镜下对离子皮肤伤口进行观察（图4），无论是从正面还是从侧面看，离子皮肤在受伤一小时后，伤口近乎完全愈合。其触觉反馈也可以随着伤口的愈合而恢复至最初的状态。

图3 模拟人体皮肤的离子皮肤示意图以及刺激响应原理示意图

图4 离子皮肤伤口自愈合的光学显微镜图

与此同时，引入的氯取代基电负性较大，与离子液体间具有可逆的离子偶极相互作用，结合离子液体，开发出Iontronic离子皮肤（图3）。通过机械刺激可改变氯取代基与离子液体之间可逆的离子偶极相互作用。当离子皮肤不受力时，材料会吸引抓取离子液体，当按压离子皮肤时，材料会释放离子液体，改变其电学性能（图5），这使超灵敏触觉感知成为可能。

图5 离子皮肤在按压前后电学性能的变化

这项研究模拟了类似生物触觉细胞的离子信号传输系统，根据力的变化控制离子导体内部的离子分布，最大限度地提高触觉感知。非常有意义的是，它提出了一种同时恢复伤口和触觉功能的离子皮肤技术的新概念。可以预见的是，此类研究在机器人皮肤和可穿戴医疗领域中将大有作为。

来源：中国科学院宁波材料技术与工程研究所