澳門大學應用物理及材料工程研究院副教授周冰樸的研究團隊設計出一種自供電的多功能柔性電子皮膚，不僅具有類似於人體皮膚的觸覺感知能力，還可定量識別並反饋表面的三維形貌信息。該電子皮膚兼具大容量信息交互能力，有望應用於穿戴式健康監測、微觀形貌的識別與重塑、水下智能通信等不同領域。該研究成果已獲國際知名學術期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）刊登。
作爲模仿人體皮膚的電子器件，人們希望柔性電子皮膚具有與皮膚類似的感知功能及與外界交互的能力。目前，雖然已報道的大部分柔性電子皮膚能夠實現對觸覺強度（即壓力）的感知，但在對三維微觀表面形貌的定量識別仍是一個挑戰。另外，柔性電子皮膚是否能因應不同機械輸入而生成多種指令，且可在不同環境場景下穩定工作，也是智能化時代對柔性電子皮膚所提出的新要求。
受人體皮膚的啓發，研究團隊設計出由毛髮狀磁化微纖毛陣列（MMCA）和柔性綫圈組成的電子皮膚系統。得益於MMCA内置的對齊磁矩，外界機械刺激所帶來的的微纖毛形變能夠在導電線圈中產生相應的電壓信號，從而實現對外部壓力及表面形貌的反饋。該工作系統研究了電壓強度與壓力的內在聯繫，並探討如何設計MMCA以優化電壓信號的强度和波形來定量反饋表面形貌的三維信息。此外，通過調控MMCA内置的磁矩排列，該電子皮膚亦可在單一器件上輸出多種電壓波形作爲信息編碼，用於高效人機交互和大容量信息傳輸。由於該電子皮膚的工作原理是電磁感應現象，因而能在高溫、水下等不同環境中以自供電的方式實現穩定工作。相關論文綜合展示了該電子皮膚在穿戴式健康檢測（包括呼吸狀態、關節彎曲感知等）、盲文識別與浮雕信息重塑、大容量指令傳輸、水下摩斯密碼通信等多方面的應用優勢。
該項研究的通訊作者為周冰樸，論文的第一作者為澳門大學應用物理及材料工程研究院博士生周倩。此項研究由澳門特別行政區科學技術發展基金（檔案編號：0088／2021／A2和0026／2020／AGJ）和廣東省科學技術廳（檔案編號：2021A0505080004）資助。全文可瀏覽： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202208120
a) 人體皮膚及 b) 磁化多功能電子皮膚的結構示意圖; 柔性電子皮膚的 c)三維形貎識別、d) 穿戴式健康監測及 e) 水下信息交互示意圖
(左四) 周冰樸 和 (左三) 周倩
新聞來源: 澳門大學傳訊部