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未來折疊屏手機長啥樣?可拉伸、感知外界的人造電子皮膚
2019年,三星公司發布了全球首款折疊屏手機Galaxy Fold,隨后多家手機廠商均推出了折疊屏的款式,真正讓柔性折疊屏成為消費級的產品。
屏幕可折疊,是讓消費者頗感新奇的黑科技。實際上,早在十年前,這項技術就已經在實驗室誕生。
11月7日,在騰訊科學WE大會舉辦期間,化學家、斯坦福大學化學工程系系主任鮑哲南在接受包括澎湃新聞記者在內的媒體采訪時表示,柔性電子屏幕和可折疊性的電子屏幕,是顯示屏幕發展的必然趨勢。
她提到,在25年前于貝爾實驗室開始個人的科學生涯時,夢想就是要做折疊屏幕,而當時甚至還沒有手機。“經過8年的研究,我們做出了世界上第一款可以折疊的屏幕。”
在鮑哲南看來,折疊屏的下一代,是把可折疊變成可拉伸。現在,鮑哲南的研究方向,正是這種可以拉伸,甚至可以自修復的人造電子皮膚。人造電子皮膚指是像人類皮膚一樣具有很好的柔韌性甚至可拉伸性,且具有感知外界溫度、壓力和濕度等功能的電子傳感器件的統稱。
人造電子皮膚,或用于未來具有觸覺能力的機器人 Bao Group
“人造電子皮膚,是我們對未來電子工業發展大趨勢的設想:未來的電子器件不再是我們現在使用的那樣硬和易碎,而是像皮膚一樣柔軟;如果壞了、有劃痕,它自己可以修復;用完之后,舊的一代要淘汰了,它又可以自己生物降解,這樣就不會引起環境問題。”
讓機器人指尖獲得宛如人的感知能力 Bao Research Group 圖
在演講中,鮑哲南介紹,設計和制造電子皮膚,有三重挑戰。
一是所有的電子材料不能是剛硬的,必須把材料做成像皮膚一樣柔軟、可拉伸,甚至可以自修復、生物降解。
二是材料可以像人的皮膚一樣,真正感受到不同的物體:感受溫度、感知物體細膩的不同。
三是皮人造皮膚的信號需要能夠和人體結合起來。
沿著這三個方向,鮑哲南的團隊展開了研究。鮑哲南提出,用那些可以自己修復的化學鍵來制作新型的電子材料:即使其中的化學鍵斷裂之后,也會自己重新修復,因而具有可拉伸性和自修復性,甚至可以生物降解。鮑哲南展示了一款可拉伸的材料,即使用針去刺,也不會碎裂。
有了這些材料后,接來下是如何設計電子電路、制造靈敏的傳感器。鮑哲南介紹,其團隊早期開發了一個可以測壓力的傳感器,形狀如小型金字塔,當塔尖收到壓力變形時會改變電信號,當壓力更大時,塔底也會變形,使得電信號的改變更大,從而可以測出不同的壓力。除了壓力傳感器,鮑哲南團隊還設計了溫度傳感器。
可以貼在皮膚上的傳感器 Bao Research Group 圖
最后,是需要讓大腦理解人造皮膚接收到的信號。“大腦所接受的從皮膚來的信號是電的脈沖信號,所以人造皮膚也必須能夠把傳感器所得到的信號改變成脈沖信號。有了這個信號后,還需要把電信號直接接到神經,通過神經才可以傳輸到大腦。所以人造皮膚必須非常柔軟,必須不傷害到我們的神經或者大腦。”鮑哲南說。
鮑哲南透露,現在已經把它植入小老鼠的身體,小老鼠可以正常地運動和生活,證明人造皮膚是確實可以與生物體系相容。
對于人造皮膚的供電問題,測量血壓、脈搏等簡單功能的電子皮膚可以通過無線方式供電,復雜功能的電子皮膚,電池就不可避免。“所以發展柔性電池,甚至像人的皮膚一樣可拉伸性的電池,我覺得是一個非常重要的發展方向,而且有很多消費產品,如果有這樣的電池,它就可以變得更加輕薄了。”鮑哲南說。
一種能夠為可穿戴設備供電的可伸縮電池(stretchable battery) Bao Research Group 圖
現在,人造皮膚已經有了一些初步的應用。比如新生的嬰兒非常脆弱,現在可以通過人造皮膚,做成輕輕貼在嬰兒身上的血壓計。在接受采訪時,鮑哲南還提到,現在已經開始把人造皮膚放在機器人身上,與AI結合,了解所收到的信號意味著什么。
展望更遠期的可能性,鮑哲南說,可以將人造皮膚的感知與人類的神經中樞聯系起來,用于治療現在某些無法治愈的疾病。這意味著,人造皮膚可以與“腦機接口”等技術相結合。
“用人造皮膚來做腦機結合的好處是,人的皮膚或者是皮膚形貌的電子器件不會對神經產生傷害,因為它不是用金屬的針跟神經接觸,所以這會使信號獲得更加準確,且同時不會造成傷害。”
“我現在可以非常有信心地說,人造皮膚將會改變我們將來的生活,可以使得人和人之間有更多的溝通,更多的互相理解。”鮑哲南表示。
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