加州理工学院开发由汗水驱动的电子皮肤,领航将来的机器人技术
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  • 数码的生活
  • 2020-05-27 10:22:35 3

出汗虽然日常,但其背后却隐藏着许多鲜为人知的秘密。尤其在运动后,汗水不仅能够带来清爽感,还可能成为未来可穿戴设备和机器人技术的关键。

可穿戴设备面临的一个主要挑战就是能源供应问题。尽管有人尝试利用太阳能电池板收集人体运动产生的能量,但这种方法难以实现持续稳定的供电。幸运的是,人体汗液作为一种天然的可持续能源,逐渐引起了科研人员的关注。研究显示,我们确实可以从汗液中提取足够的能量来为可穿戴设备提供动力。

最近,加州理工学院的研究团队开发出一种全新的电子皮肤,这种皮肤可以通过人体汗液来获取能量,从而为未来的机器人和医疗设备提供支持。电子皮肤模仿了人类皮肤的功能,能够感应环境的变化。这种创新的电子皮肤通过生物燃料电池从汗液中提取能量,对代谢标志物如葡萄糖、尿素、NH4+ 和 pH 值进行检测,并通过低功耗蓝牙将数据无线传输到用户界面。

这款设备极其轻便,几乎察觉不到它的存在。它由两大部分组成:一是带有生物传感器的柔性电化学贴片,用于从汗液中提取并分析能量;二是由超薄聚酰亚胺板构成的刚性电子组件,负责电源管理、信号处理及无线传输。所有电子元件均被聚二甲基硅氧烷(PDMS)包裹,以防汗液侵蚀导致故障。

电子皮肤由生物燃料电池供电,能够产生持续稳定的电力。该燃料电池采用碳纳米管制造,阳极使用乳酸氧化酶(Lox)作为催化剂,分解汗液中的乳酸生成丙酮酸,而阴极则采用铂/钴合金纳米颗粒,将周围氧气转化为水。这一过程产生波动的电流,为电子皮肤提供能量。

为了验证电子皮肤作为生物传感器的效能,研究人员让三名受试者佩戴电子皮肤,在动感单车上进行了40分钟的锻炼,期间速度保持在60转/分钟,之后休息10分钟。随着电子皮肤充分接触汗液,每隔15秒便会通过蓝牙将传感数据发送到屏幕上,并在温度和汗液成分校准后,将数据转换为具体浓度值。

此外,这种电子皮肤还可以充当人机交互界面,放置于出汗的手臂上,能够实时无线控制机械臂的动作。机械臂能够识别手势,并自动抓取目标物体。不仅如此,它还能用于假肢的行走控制,从而在实际应用中提供康复治疗辅助。

研究人员表示:“我们期望这一系统能成为一个多功能平台。除了作为可穿戴生物传感器外,它还可以作为人机界面。利用该平台收集的生命体征和分子信息,可以帮助设计和优化下一代假肢。”

    本文来源:图灵汇
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加州理工学院领航机器人汗水将来皮肤驱动开发电子技术
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