科學家利用石墨烯製造電子皮膚,讓義肢有觸覺

作者 | 發布日期 2017 年 04 月 02 日 8:30 | 分類 太陽能 , 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

大部分的人都已經知道石墨烯有多麼萬能,也聽過它可以應用在哪些方面。如今在仿生醫學領域上,石墨烯將再度搶占一席之地。



仿生醫學透過了解生物構造與運作原理,研發新的機械或技術,很大部分在於幫助解決人體缺陷帶來的不便,像是回復失去的感官知覺。例如人工耳蝸(電子耳)能恢復受損的聽力、視網膜植入物也能幫助盲人重見天日,不過市面上還沒有一款義肢,能夠讓失去肢體的人感受到觸覺。

觸覺系統對義肢來說相當重要,光是把水果從樹上摘下,或是把洋芋片從包裝中拿出來這類微不足道的小動作,假如沒有對觸摸或壓力的感知,都會變得無法實現。有鑑於此,格拉斯哥大學(University of Glasgow)的研究團隊稍早利用石墨烯開發出一款柔軟的電子皮膚,能夠進行敏銳的壓力量測。該團隊在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上發表此一成果,說明隱藏在皮膚下的太陽能電池,能夠驅動一組感測器,讓人工肢體產生觸覺。

研究負責人 Ravinder Dahiya 博士表示:「在人工肢體上,除了靈活性和分布式感測器外,還需要注意動力來源。」因此團隊設計出新的電子皮膚,由單層石墨烯製成──只有一粒原子厚度的碳片組成強韌且具有延展性的材料,堆疊在一個太陽能電池上。石墨烯不僅能導電,並且還是透明的,能讓 98% 的光穿透到下面的太陽能電池中充電。

研究團隊進行測試時,發現石墨烯電子皮膚若沒有通電開啟,義手就會沒有辦法控制抓取物體的力道,並將其捏碎;但電子皮膚開啟後,義手便能夠像普通的手一樣觸摸,並以輕輕抓住物體。

現在電子皮膚每平方公分只需要 20 奈瓦的功率,太陽能電池便負擔隨時供電的任務,而團隊也另外設計了另一個具有超級電容器的開發原型,能儲存多餘能量。

研究團隊利用了他們在 2015 年率先研發出生產大片廉價石墨烯的技術,持續嘗試將石墨烯電子皮膚材料延展,以覆蓋整個義肢或機器人等較大的範圍。Ravinder Dahiya 預計將來 5~10 公分的石墨烯電子皮膚只需要 1 美金就可以製作出來。他認為,除了人工肢體以外,這款電子皮膚只要搭配太陽能電池,即便在沒有電力的偏遠地區,也可搭配感測器用於健康監測,像是糖尿病患者的血糖狀況。

(首圖來源:Shutterstock)

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