中国科学家打造“类真人皮肤”：受伤1小时完全愈合

出品：科普中国

作者：潘宝海 应邬彬（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）

监制：中国科普博览

我们总有这样的感觉，机器人越像人类，科技含量就越高。

这并不是人类的自恋。生命是大自然最复杂最精密的“机器”，能模拟自然界的生物，也象征着科技的进步。

随着机器人技术的发展，人类对类人机器人的需求也越来越高，这不仅是因为，机器人可以完成人类无法完成的任务，还因为机器人可以模拟人类的外表和动作，让人类更容易接受它们。

但是我们现在，一想起机器人，首先联想到的还是冰冷的金属表面。为了让机器人更加接近真实的人类，在“皮肤”这个角度上可得下下功夫。这其中的关键技术，就是咱们今天介绍的对象——“类人皮肤”，也称离子皮肤。

超乎想象的“类真人”离子皮肤

离子皮肤的能力可能会超乎你的想象，它可以模拟人类皮肤的结构和特性，不仅弹性好，还能受力。

离子皮肤是一种仿生材料，它是由生物相容的聚氨酯材料与离子液体构成的。这种材料可以感知外界的力和压力，并将信号传递到电路系统中，使系统记录相关数据或者做出反应。

顾名思义，离子皮肤，那肯定与离子有关喽？确实是这样的。

我们知道，人体感知系统是靠Na+,K+等离子传输信号的。当外界的作用力使表皮细胞内外的离子浓度出现差别时，人就可以感知到它们。离子皮肤同样通过探测离子的状态来检测外界应力，即外力的作用会改变材料中离子的状态从而引起电信号的变化。

人体皮肤的结构与离子皮肤的设计概念设计（图片来源：作者自制）

离子皮肤的应用场景可能也会超乎你的想象。它在机器人领域和可穿戴医疗领域中都具有广泛的应用价值。在机器人领域，离子皮肤可以使机器人更加智能化，更好地与人类交互。在可穿戴医疗领域，离子皮肤可以用于监测人体健康状况和治疗某些疾病。

不过，虽然离子皮肤可以模拟人类皮肤的某些特性，但它目前还不能直接应用于替代人类皮肤上。这是因为目前离子皮肤的材料和制造工艺还不够成熟，电子信号与人大脑的交互研究也不够深入，需要进一步研究和改进。

能自愈、超灵敏的新型离子皮肤

中科院宁波材料技术与工程研究所，也研发出了一种新型的离子皮肤。这种新型离子皮肤，不仅具有原本离子皮肤能受力、能形变的特点，它还超灵敏，甚至受伤了还能自我修复。

（视频来源：作者提供）

明明是人工制造的材料，竟然能像人类自己的皮肤一样能够自我修复？这听起来也太神奇了吧！那么新型离子皮肤的自愈合性能是怎么实现的呢？

关键就在于材料中引入的动态二硫键。动态二硫键一直处于断裂重组的动态平衡，当伤口形成时，由于伤口附近二硫键的断裂重组，使得伤口两侧材料再度键合。这样就能实现“类人”皮肤的自愈合了。

这种新型离子皮肤不仅能自愈合，还超灵敏！它模拟了类似生物触觉细胞的离子信号传输系统，根据力的变化控制离子导体内部的离子分布，最大限度地提高触觉感知。

听起来，自愈合的原理好像很简单？是不是愈合越快越好呢？

虽然科研人员目标是研发自愈合的离子皮肤，但是这个新材料，愈合得实在太快了（不是在凡尔赛），反而给科研人员制造了小小的麻烦。

在这种材料的研发过程中，需要在显微镜下观察伤口的自愈合行为。每次切割后，都要重新设置各种参数，而这种材料的自愈合速度又过快，导致科研人员总是错过一些重要的细节。最终不得不改进测试仪器，才得到下面的完整自愈合过程的视频。

（视频来源：作者提供）

结语

离子皮肤能够模拟人类皮肤的结构和特性，并具有自愈合的功能，这意味着它可以被用于监测人体健康状况和治疗某些疾病。与此同时，离子皮肤对于力的敏感性也为人机接口器件的发展提供了新的可能性。

虽然目前离子皮肤的材料和制造工艺还不够成熟，但是我们相信在未来的研究中，离子皮肤技术将得到更广泛的应用和进一步的改进。总之，离子皮肤的研究将会推动人类与机器人之间的交互和合作，也将会为人类的健康提供更加智能和有效的保障。

参考文献：

[1] https://www.nature.com/articles/s41467-022-35434-8

编辑：郭雅欣