麻省理工学院的专家们发明了一种新型的可穿戴传感器，它基本上可以兼作电子皮肤。现在，带有嵌入式电子电路的柔性合成皮肤的概念在医学领域已经不是什么新鲜事了。但麻省理工学院最新创新的不同之处在于，电子皮肤不需要任何专用传感器或芯片阵列，也不需要蓝牙模块与智能手机等集线器通信以发送健康数据。
该研究结果已在《科学》杂志上进行了详细介绍，它讨论了一种薄膜，它像第二层皮肤一样粘在身体表面。该薄膜由一种名为氮化镓的化合物制成，它具有压电特性。简单来说，压电材料就是一种在施加压力时产生电流的物质。压电材料具有广泛的应用，从智能手机到医院的超声成像。
当应用于皮肤时，这些双向压电传感器可用于检测重要的生物标志物，也可用于发送数据包，而无需专用无线通信模块或生物传感芯片。这里的想法是，氮化镓的独特特性可以感知皮肤下的脉搏运动并将其转化为电信号。相反，它可以响应皮肤上的电脉冲而振动。
它如何改变游戏
电子皮肤想法背后的麻省理工学院团队声称，压电传感器阵列可用于心跳分析、评估汗液指标，甚至可以检测紫外线辐射。为了确定这个想法的实际可行性，该团队采集了氮化镓样品并将它们粘合到金导电层上，以提高电信号产量。该团队发现压电阵列由于皮肤下的脉冲而振动。
此外，还发现电皮肤对人体汗液中的盐分浓度敏感。到目前为止，还没有针对大众的商用可穿戴设备可以对汗液进行化学分析。目前也在研究一种非侵入式检测血糖浓度的方法，但到目前为止，即使是苹果和三星这样的科技巨头也未能弄清楚。麻省理工学院部署压电材料的新颖方法可以在许多方面引领前进的道路。
感应部分进来了。响应于脉冲运动的压电材料的振动产生电信号，可以被附近的接收器检测到。在未来，接收设备很可能是智能手机，甚至是手腕上的健身手环。真正了不起的是，电子皮肤能够收集数据，然后将其传输到接收器，而无需任何专用芯片，甚至无需电池为整个组件供电。
未来展望
该团队提出的想法是，压电材料薄膜产生的振动可以用作心率指标，尤其是当脉搏数字激增时。就像心率的变化一样，氮化镓薄膜对汗液的化学变化和皮肤暴露于紫外线的水平也很敏感。
真正了不起的是，麻省理工学院的专家们创造的电子皮肤厚度只有250纳米，比普通人的头发还要薄约100倍。在测试阶段，这些贴片被应用到手腕和颈部区域，它们能够检测心跳变化并将其无线发送到附近的一个简单接收器（根据麻省理工学院）。
为了检测汗液化学成分的变化，对电子皮肤进行了轻微修改，增加了一层能够吸引钠离子的离子感应膜。这样，一块电子皮肤就能检测到人汗液中钠含量的变化，并将数据传输到接收设备。
关于潜在的应用，来自电子研究实验室的 Jeehwan Kim 指出：“你可以把它像绷带一样贴在身上，并与手机上的无线阅读器配对，你可以无线监测你的脉搏、汗水和其他生物信号”
更高的通用性，更少的麻烦
但这是令人兴奋的部分：电子皮肤也可以很容易地用一种不同类型的离子感应膜定制，这种离子感应膜对汗液中的葡萄糖和皮质醇等其他化学物质敏感。“我们展示了钠感应，但如果你改变感应膜，你就可以检测到任何目标生物标志物，”该论文的合著者 Jun Min Suh 补充道。
2018 年，斯坦福大学的一个团队还想出了一种可穿戴设备，可以测量汗液中的皮质醇水平并分析压力水平。此外，法国洛桑联邦理工学院 2021 年以可穿戴设备为中心的研究表明，皮质醇可用作治疗倦怠和肥胖等疾病的生物标志物。
另一个重要的好处是电子皮肤是灵活的，这意味着舒适性方面已经得到照顾。这是一个巨大的安慰，因为戴着智能手表睡觉以收集有关心率模式的详细信息并不是最舒适的体验。此外，睡眠跟踪加上持续的心率监测也对智能手表的电池寿命造成了很大的负担。
无需芯片或传输装置即可传输与心率和汗液化学变化相关数据的电子皮肤是真正非凡的一步。该领域的工作一直在进行着巨大的过程。从监测健康的纹身的潜力到可以治愈自身瘀伤的人造皮肤，可能性几乎是无穷无尽的。