在好萊塢科幻大片里面，讓仿我們總能看到極其逼真的真人人形機(jī)器人（圖1）。他們不僅行為模式像人，形機(jī)新聞還擁有跟人類相似的器離形體與皮膚。

不知道你有沒有這樣的近步感覺：電影中的機(jī)器人的行為模式以及外觀越像人類，科技含量也就越高?？茖W(xué)這是離子皮膚為什么呢？

因?yàn)樯谴笞匀蛔顝?fù)雜最精密的“機(jī)器”，僅僅人類的讓仿皮膚就具有多種特性，例如自愈合性、真人機(jī)械刺激響應(yīng)、形機(jī)新聞彈性好等等（圖2），器離能夠模擬人類也是近步科技進(jìn)步的象征。

圖2 人類皮膚的科學(xué)自愈合性能與機(jī)械刺激響應(yīng)

那么，機(jī)器人的離子皮膚“皮膚”也可以跟人類皮膚一樣具有觸覺嗎？觸覺細(xì)胞的響應(yīng)原理早已引起了研究者的關(guān)注，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家此前曾開發(fā)出若干種基于此原理具有離子傳輸機(jī)制的離子皮膚。但是由于持續(xù)磨損或者機(jī)械損傷，導(dǎo)致此類“皮膚”性能逐漸下降。我們是否可以賦予離子皮膚自我修復(fù)性能，讓它像真正的皮膚一樣，既可以感受外界應(yīng)力又可以自愈合呢？

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)根據(jù)觸覺細(xì)胞的機(jī)械刺激響應(yīng)原理，模擬真實(shí)人體皮膚的自愈功能和生物離子信號(hào)傳遞機(jī)制，設(shè)計(jì)合成了一種含有動(dòng)態(tài)二硫鍵功能基團(tuán)和氯取代基的新型熱塑性聚氨酯材料。圖3是基于這種聚氨酯制備的離子皮膚示意圖。聚氨酯中含有的動(dòng)態(tài)二硫鍵一直在進(jìn)行可逆的動(dòng)態(tài)鍵合，無需額外的能量即可使傷口在室溫下也能快速自主自愈。在光學(xué)顯微鏡下對(duì)離子皮膚傷口進(jìn)行觀察（圖4），無論是從正面還是從側(cè)面看，離子皮膚在受傷一小時(shí)后，傷口近乎完全愈合。其觸覺反饋也可以隨著傷口的愈合而恢復(fù)至最初的狀態(tài)。

圖3 模擬人體皮膚的離子皮膚示意圖以及刺激響應(yīng)原理示意圖

圖4 離子皮膚傷口自愈合的光學(xué)顯微鏡圖

與此同時(shí)，引入的氯取代基電負(fù)性較大，與離子液體間具有可逆的離子偶極相互作用，結(jié)合離子液體，開發(fā)出Iontronic離子皮膚（圖3）。通過機(jī)械刺激可改變氯取代基與離子液體之間可逆的離子偶極相互作用。當(dāng)離子皮膚不受力時(shí)，材料會(huì)吸引抓取離子液體，當(dāng)按壓離子皮膚時(shí)，材料會(huì)釋放離子液體，改變其電學(xué)性能（圖5），這使超靈敏觸覺感知成為可能。

圖5 離子皮膚在按壓前后電學(xué)性能的變化

這項(xiàng)研究模擬了類似生物觸覺細(xì)胞的離子信號(hào)傳輸系統(tǒng)，根據(jù)力的變化控制離子導(dǎo)體內(nèi)部的離子分布，最大限度地提高觸覺感知。非常有意義的是，它提出了一種同時(shí)恢復(fù)傷口和觸覺功能的離子皮膚技術(shù)的新概念?？梢灶A(yù)見的是，此類研究在機(jī)器人皮膚和可穿戴醫(yī)療領(lǐng)域中將大有作為。

來源：中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所