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煜星代理电子皮肤

文章来源:未知时间:2020-01-14 点击数:
 


詹姆斯·邦德和他的敌人会对约翰·罗杰斯实验室里发生的事情感兴趣。蝙蝠侠、间谍小子、达斯·维德和他们的敌人也会这样。这是因为,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的材料科学家罗杰斯将电子产品与人体混合,创造出了甚至在科幻小说中也找不到的新设备。
 
罗杰斯和他的合作者们已经制造了一种比邮票还小的电子装置,它可以像临时纹身一样贴在皮肤上。该设备的潜在用户——病人、运动员、医生、特工、你——只受到他们想象力的限制。
 
放置在前额的设备可以记录脑电波;在手腕上,血液流动和肌肉运动。在病人的皮肤上,它可以追踪生命体征并观察问题,取代了医院里常见的笨重设备。它被卡在喉咙里,就像一个秘密的手机,通过人的语音信箱的动作来激活。
 
科学家们设计了这个装置,它的厚度只有普通纸张的一半,而且考虑到了皮肤的因素。和皮肤一样,这种电子材料可以通过多种方式拉伸和挤压,但仍能继续工作。
 
为身体设计设备的科学家们必须研究它是如何工作的,直到一个微小的细胞水平。身体和机器必须说同一种语言。罗杰斯说:“我们想要制造能与身体互动的设备。”
 
去年秋天,罗杰斯和他的同事演示了他们的新设备如何以不同的方式测量人体。本发明可以记录人体皮肤的温度、肌肉运动或电活动。它可能配有灯和一个小电源,这意味着它可以将数据无线传输到附近的计算机。这种装置甚至可能改变我们对医疗工具的看法,以及医生如何从内到外帮助病人。
 
罗杰斯没有任何永久性纹身。但他说,他一直戴着“越来越多”的临时眼镜,煜星代理以隐藏固定的电子电路。(他甚至在一个蓝色的海盗纹身后面藏了一个装置。)临时纹身是一种简单而廉价的贴在皮肤上的方法:一种很好的粘性物质,可以随着皮肤的自然运动拉伸和弯曲。
 
罗杰斯和他的同事们一直在实验室里试验他们的新设备,对身体不同部位进行各种测量。
 
“我们做了大量的测试,”Todd Coleman说,他是一名工程师,负责解决设备、身体和大脑之间的“对话”问题。“我把一个(设备)放在前臂附近,握紧拳头,看看它是如何监测我的肌肉信号和动作的。如果你把它放在头部表面,它会记录脑电波。在心脏附近,它接收心跳信息。这是同一个设备,只是在不同的地方。”

现在在加州大学圣地亚哥分校的科尔曼说,这种设备太轻了,佩戴者可能会忘记它的存在。“我们试图开发一种电子材料,基本上对用户来说是完全不可见的。你甚至几乎感觉不到设备在你身上,”他说。
 
肤浅的
 
科学家们已经找到了一种方法,将这项技术延伸到比身体表面更深的地方。2010年,他们发明了一种电子塑料薄膜,可以在开胸手术中附着在人的心脏上。电子电路和仪器记录血液流动和电流,这意味着这种材料可以提醒医生注意病人心脏的潜在问题。研究小组已经证明,一种附着在大脑表面的装置可以捕捉到癫痫发作的电信号。
 
罗杰斯说他总是被科学所吸引,他小时候经常参加科学展览。但随着年龄的增长,他意识到科学家的工作可以给世界带来积极的变化。
 
他说:“制造真正有益于社会的设备一直是我们团队的一个真正关注点,特别是在最近几年。”“我们的目标是创造设备,为解决健康问题和社会上的其他重大挑战带来新方法。”
 
间谍和深海潜水员可能也会注意到这种新的“皮肤电子设备”:例如,这种设备安装在脖子上,可以检测说话时的咽喉运动。这意味着一个人可以在不发出声音的情况下开口说话,而这个设备会记录下这个动作,并传递无声的信息。这是秘密行动的最佳地点。
 
“令人难以置信的是,我们与他人就这款设备进行的对话是多么有趣,”科尔曼说。
 
硅:问题和答案
 
80多年来,科学家们一直将电子设备附着在皮肤上。1929年,一位名叫汉斯·伯杰的德国医生发明了一种连接头皮的装置,可以测量大脑的电活动。他的发明被称为脑电图仪(EEG),可以让医生“解读”大脑活动。脑电图可以帮助医生诊断癫痫等疾病,或检测病人何时陷入昏迷。
 
但是EEG有一个主要的缺点:笨重。技术人员将一个由小节点和电线组成的复杂网络绑在头上,以便仔细阅读。脑电图需要电力,通过电线传输,这增加了混乱。这不只是脑电图的问题;这几乎是所有电子设备的问题,甚至是蝙蝠侠或詹姆斯·邦德使用的虚构小玩意。
 
一个更轻的、可弯曲的设备将提供与脑电图相同的信息,但没有重量。这个想法在20世纪90年代初开始成为现实,当时世界各地的科学家都在竞相制造柔性电子产品。在这段时间里,电脑开始流行起来,但大多数电脑看起来就像笨重的盒子,连在一堆电线上。研究人员设想了柔性屏幕和计算设备,它们可以像纸一样弯曲和折叠。
 
罗杰斯想走得更远。
 
他说:“我认为更具挑战性的目标可能是制造一种电子设备,它能像纸一样弯曲,但像橡皮筋一样伸展。”
 
出现一个问题。计算机依赖于一种叫做硅的元素。在自然界中,硅是一种深灰色的晶体。这种材料的薄片可以导电,几十年来硅一直被用于制造计算机芯片和其他电子部件。硅很重要,很有用。但是硅晶圆是易碎的,这意味着它们很容易破碎。
 
罗杰斯和他的同事们认为,硅或许可以像皮肤一样弯曲而不破裂。他们对硅材料本身无能为力。但他们认为将硅线排列成合适的形状可能会使这种材料更加灵活。
 
科学家们希望硅能像手风琴的风箱一样膨胀,这个部分看起来就像一张折叠起来的橡胶板。当一个人拉手风琴时,风箱就会展开,彼此之间的距离就会拉大,而材料本身就不会拉伸。罗杰斯想采取类似的方法,设计这种设备,使它的电线可以“展开”——让硅线移动——而不会碎裂。
 
科尔曼说,经过三年的建造和实验,研究人员制造出了一个工作装置。近距离观察,硅看起来就像微小的、扭曲的蛇,在材料中缠绕成复杂的图案。这些弯曲的硅构成了设备的不同部分——传感器、天线和电源——它们可以承受拉伸、戳戳和挤压。
 
混合体和机器

在不久的将来,手术病人可能会发现自己身上有了智能的临时纹身,而不是笨重的、布满电线的设备。罗杰斯的工作是日益增长的“生物集成技术”领域的一部分,该技术是一种以身体为中心的设备。他们把机器和生物结合在一起来改善生活。在未来,罗杰斯想要将这项技术扩展到制造微小的设备,甚至可以在体内独立运作,例如改善人类心脏的健康。
 
“生物集成技术最直接的机会是重新定义什么是手术工具,煜星总代理”他说。“我希望(这些设备)真的会对人们思考外科手术的方式产生很大影响。他说,最终的目标是让这些设备跟踪身体和大脑活动,“从一开始就不需要手术干预。”
 
科尔曼和他在圣地亚哥的研究小组希望创造出一种新方法,让人们用大脑与机器交谈——甚至是相互交谈。他设想了这样一个世界:人们可以一起工作,甚至一起思考,利用这些设备直接从他们的头脑中传递信息。“你可以在自然和虚拟世界中与朋友互动,不仅用你的行为,还用你的思想,”他说。
 
将大脑与设备连接起来的想法在课堂上也有意义。科尔曼说:“如果我们能够监测老师和学生之间相互交流时的大脑信号,那么也许我们就能了解他们相互理解的程度。”这可能会给教育和培训带来革命性的变化。很容易想象可能性。如果我们不去想象,那我们在做什么?”

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