智能仿生生态大发展，电子皮肤触觉感知和未来VR技术

‍两年前，擅长制造噱头的“机器人索菲娅”被授予沙特公民身份，机器人能否以公民身份进入人类的生活一时成为热点话题。而近日热播国产电视剧《你好，安怡》中芯机人融入家庭的场景将这类议题再次引爆。

如今人工智能的发展和工业水平的提升，让我们觉得机器人融入人类的日常生活不再遥远，仿生技术也随着这类题材热度提升越来越受公众关注。 络绎学术Online直播第二期，我们邀请了香港城市大学生物医学工程系助理教授、博导于欣格为大家分享：现实版“头号玩家”，电子皮肤触觉感知和未来VR技术。 以下为直播回顾和延伸解读：

何为柔性电子皮肤 柔性电子皮肤是一种新型仿人类皮肤的柔性传感器系统。通过电子装置仿生人类皮肤，从而使得这类柔性传感系统具有了人类皮肤的特点和功能。 柔性电子皮肤通常采用PDMS（聚二甲基硅氧烷）、硅胶等本身具有柔性的材料作为柔性衬底，能够实现宏观结构上的柔性。 柔性电子皮肤的特性：柔性、可拉伸，感知能力、自愈能力 2019年，于欣格团队关于电子皮肤的研究发表在《自然》（Nature）杂志上。3毫米柔性电子皮肤的研究进展有条不紊地进行了下去。 在分享中，于欣格用电影《头号玩家》的例子生动地展现了这一研究的体验感。 萨曼莎用手滑过韦德肩膀时，玩家感觉到的真实触感就需要器件提供反馈。要想清晰获取手滑动皮肤的感觉，技术上就对器件的密度要求更高。

目前，他们的团队将单个反馈单元做到毫米量级，几乎达到了人体皮下触觉反馈器的分布极限，也就是达到了人体分辨的极限，因而反馈的触感也更真实自然。 #FormatImgID_0#图| 3毫米柔性电子皮肤技术解构 这3毫米的柔性电子皮肤内有一个致动器（actuators），这是互相连结的“按钮”。每个致动器都接通射频天线，以无线方式传递信息和供电。致动器发出的振动频率以毫米计，且只需1.75毫瓦的功率便能诱发触感，仅需市面现有致动器所需功率的2%。配套的软件一旦收到指令，就会迅速将讯息传递到致动器，使用者就可以感到触感。 在外在形态上，目前用在皮肤VR上的NFC通信工作距离可以延展到近1米。

于欣格指出，产品的外在形态可以有两种解决方案：一种是类皮肤形态，可以舒适地贴附在身体各个部位，低模量的软硅胶可用于封装和提供与皮肤间的粘附力，不借助胶带或绑带就能自由穿戴在身上；另一种是通过织物形式做成我们日常生活中穿戴的轻薄外衣，随时穿戴在身上。 柔性电子皮肤的应用场景

在应用场景上，除了与现有的VR游戏结合，游戏、运动类，社交媒体，远程触摸和培训等应用场景也是柔性电子皮肤的可应用场景。而与医疗相结合的应用场景更成为生命科学领域的新方向，其中医疗检测、健康监测和远程手术这三类场景的拓展应用颇具代表性。 医疗检测以目前的新冠检测为例，于欣格认为如果将皮肤VR技术应用到新冠病毒检测环节，将能大幅保障医护人员检测过程的高效性和安全性。现有的采样机器人或采样设备，虽然能在一定程度上保证医患隔离，但在精准度及体验感上还有很大差距。

如果医生通过远程控制搭载了皮肤VR系统的采样机器人，完成远程筛查采样，那么采样过程中VR系统就会对力度、精准度进行实时反馈，一方面可以提升医护人员的检测效率，减少其暴露风险；另一方面也可减少被检测者的不适感。 健康监测通过皮肤VR可用于收集人体的健康生理信号的变化，通过采样处理可以及时分析出佩戴者的健康状况以及潜在疾病发作危险，进而通过如声音、压力等物理刺激通过皮肤电子驱动器把有用的信息施加给人体，实现人机交互在虚拟和现实场景中的完美融合。

比如，在心脑血管疾病管理上，做到高精准监测和高准确度传感就能让糖尿病人的健康管理水平得到提升。 远程手术皮肤VR的反馈机制也为医生实现远程实时手术提供了技术支持。医生在手术的过程中可以根据及时反馈来调整力度。皮肤VR还可帮助残疾患者通过佩戴义肢恢复受伤部位的感知。基于柔性传感和反馈于一体的皮肤VR系统与医疗领域的结合还有很多的可能。 除此自外，柔性电子皮肤在医疗美容、皮肤修复等健康领域的应用也获得了肯定。比如，通过微电流脉冲打开细胞间隙帮助美容液导入深层皮肤达成无创修复皮肤。

值得关注的柔性电子皮肤企业

如此多场景应用让柔性电子皮肤的商业价值获得了更多关注，与之相关的科技企业得以萌生、成长。

VivaLNK第一款产品，蓝牙智能测温贴——Fever Scout，采用柔性电子皮肤设计，通过生物相容性、防吞咽等各项国际测试，精度达到医疗级水准，并已经通过了FDA（美国食品药品管理局）、CE Medical（欧盟医疗认证）、TGA（澳大利亚医疗用品法认证）在内的多个国内外标准认证。

以Fever Scout为例，虽然产品看似简单，但设计中却包含了很多细节与创新。比如在硬件设计方面，需要让柔性电路配合高精度传感器，并要做到微型化，还要能够防水和确保安全；考虑到使用时间，特地采用了低功耗设计，充满电一次可满负荷工作1个月。产品配合App和平台系统使用，用户将贴片贴在身上，便能观察到当前体温，精准度达到到正负0.1摄氏度；同时还可持续追踪体温变化，实现温度实时预警。通过医疗云平台，在个人、家庭、机构间实现信息共享。 Vital ConnectVitalConnect成立于2011年，致力于研发新一代生物传感器。目前，公司旗下的主要产品是一款可穿戴式生命体征监测设备—VitalPatch。该设备大小和形状都类似创口贴，采用一次性锌空气电池，续航能力达96小时。VitalPatch可以监测用户的单导联心电图（ECG）、心率、心率变异性、呼吸速率、皮肤温度、姿势、步数和跌倒检测这八项数据。此外，该设备还可与VitalConnect的云分析软件联接，患者可以设置全天候的监测，并将数据及时发送给医护人员。

目前，VitalPatch已经通过了FDA的审批，获得了欧洲CE标识和ISO13485认证。该设备现在已经为很多美国医院使用，并表现出了高度的患者满意度和经济效益。 iRhythmiRhythm公司成立于2006年，总部在加州的旧金山。2016年上市的iRhythm于上市前就获得了保险公司（Aetna）的支持。公司的拳头产品是用于心律失常快速检测的Zio@Patch，目前重量最轻、体积最小、结果最准确，比Holter更好用，可连续监测14天，记录2万分钟的检测数据，睡觉、运动、甚至洗澡的时候都可以戴着。公司致力于重新定义心律失常在临床上通过基于云的数据分析和机器学习能力相结合可穿戴技术，生物传感诊断的方式。

Rotex一家平台级柔性电子产品解决方案高科技公司。Rotex自主研发的电子纹身/皮肤可广泛应用于人机交互，医疗健康，消费电子和工业等多个领域；公司拥有核心研发能力，全自主知识产权，多项专利；自有生产线和成熟的交付履行团队。

Rotex研制的柔性生物电子材料，是柔性电子领域的前沿研究方向，即以柔性材料为基础，结合微纳米加工与集成技术，生产出的杨氏模量与人体皮肤、肌肉等组织相当、厚度为纳米级的柔性电子器件，此类器件的“柔性”不是仅能做有限制弯折，而是可以承受各种自由形变甚至拉伸，能与人体高度融合。目前，这一技术可在透皮给药、可穿戴设备、生物传感器及电子植入物等应用中使用。其中，贴合于人体表面的柔性生物电子俗称为“电子皮肤”或“电子表皮”。 Sibel Health开发和测试无线及电子皮肤，以监视生命体征，尤其在对生命体征脆弱的患者进行监测上有着重大意义。 目前，柔性电子上游产业的核心制造、检测设备、材料等领域存在一定的国际竞争压力。国内外政府业都在柔性电子产业发展上加大了支持力度。海外政府制定了美国FDCASU计划、英国 “抛石机”计划、欧盟SHIFT计划。中国也将柔性技术上升为了电子信息崛起战略的一部分。

政策支持和技术创新的双重影响下，柔性电子产业链中的器件供应商也迎来了发展。 于欣格认为，目前中国的柔性电子产业的器件供应商足以覆盖柔性电子工业化的发展要求。在芯片工业化水平上，其要求和半导体产业相比也较低。加之目前产业集成度还没有特别高，中国企业若能把握时机，从技术、产业和新工艺三个方面发力，未来中国的柔性电子皮肤生产的量产成本就可以形成一定优势。

于欣格对科研的投入和执行力让我们看到了科技先行、未来可期。谈到科学研究成果商业化的体会，他表示科研工作者应当将保持科研人员的专注度和对科研的把控力。对新一代青年科研究从业者，于欣格也分享了他的经验：在科研上要有自己的标签；做很独特的、有实用价值的研究；着力在突破科技瓶颈，找出关键点。 从初代传递到可自主修复，柔性电子电子皮肤在科技工作者的努力下完成了一次次蜕变。科技的发展往往始于各个原点、聚沙成塔络绎不绝。络绎知图将持续保持对新兴技术的关注，为大家带来持续丰富的分享，在科技长河中取一瓢与君共饮。

原文标题：智能仿生生态大发展，柔性电子皮肤成多场景应用宠儿｜络绎学术Online第2期回顾

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责任编辑：haq