的补丁是人造汗腺的图案，类似于人类皮肤上的毛孔，研究人员通过蚀刻材料超薄层。气孔在斑块上穿孔剪纸艺术类似的图案，类似于日本剪纸艺术。这种设计确保汗液可以通过贴片排出，防止皮肤刺激和对嵌入式传感器的损伤。
kirigami的设计也有助于贴片在拉伸和弯曲时符合人体皮肤。这种灵活性，再加上材料的抗汗能力，使其能够长时间监测人的健康状况，这在以前是不可能的。”电子皮肤”设计。这一研究结果向长效智能皮肤迈出了一步，它可能会跟踪日常生命体征或皮肤癌和其他疾病的进展。
麻省理工学院机械工程副教授Jeehwan Kim说:“有了这种舒适、透气的皮肤贴片，就不会有任何汗液堆积、错误信息或皮肤脱落。”“我们可以提供可穿戴式传感器可以做长期稳定的监控．"
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出汗的障碍
Kim的团队专门制造柔性半导体薄膜。研究人员开创了一种名为远程外延的技术，该技术涉及在高温下在晶圆上生长超薄、高质量的半导体薄膜，并有选择地剥离薄膜，然后将薄膜组合和堆叠，形成比传统基于晶圆的设计更薄、更灵活的传感器。
最近，他们的研究引起了对瘦身感兴趣的化妆品公司爱茉莉太平洋(Amorepacific)的注意可穿戴用胶带持续监测皮肤的变化。该公司与Kim合作，将该集团的柔性半导体薄膜制成可以长时间佩戴的东西。
但该团队很快就遇到了其他电子皮肤设计尚未解决的障碍:汗水。大多数实验设计都将传感器嵌入黏性的聚合物材料中，这些材料的透气性不是很好。其他由编织纳米纤维制成的设计可以让空气通过，但不能让汗水通过。如果电子皮肤要长期工作，金意识到它不仅要能渗透蒸汽，还要能渗透汗水。
“汗水会积聚在电子皮肤和你的皮肤之间，这可能会导致皮肤损伤和传感器故障，”Kim说。“所以我们试图通过让汗液渗透电子皮肤，同时解决这两个问题。”
使减少
为了获得设计灵感，研究人员观察了人类的汗毛孔。他们发现，毛孔的平均直径约为100微米，而且毛孔在整个皮肤中是随机分布的。他们进行了一些初步的模拟，看看它们如何覆盖和排列人工毛孔，以一种不会堵塞人类皮肤实际毛孔的方式。麻省理工学院博士后Hanwool Yeon解释说:“我们的简单想法是，如果我们在电子皮肤中提供人造汗液管道，并为汗液制造高渗透性通道，我们就可能实现长期监测。”
他们从一个周期性的孔洞模式开始，每个孔洞的大小和真正的汗孔差不多。他们发现，如果毛孔紧密地分布在一起，距离小于平均毛孔直径，那么整个毛孔结构就能有效地渗透汗水。但他们也发现，如果把这种简单的孔图案蚀刻在薄膜上，薄膜的可伸缩性就不是很好，而且当它贴在皮肤上时很容易破裂。
研究人员发现，他们可以通过在每个孔之间切割细通道来增加孔图案的强度和灵活性，创造出一个重复的哑铃图案，而不是简单的孔，可以放松压力，而不是集中在一个地方。当这种图案被蚀刻到一种材料上时，就会产生一种可伸缩的、类似于kirigami的效果。
“如果你用一张纸包住一个球，它就不舒服了，”Kim说。“但如果你在纸上剪一个kirigami图案，它可能会符合。所以我们想，为什么不把这些洞和切口连接起来，在皮肤上形成kirigami一样的适应性呢?同时我们可以渗透汗水。”
根据这个理论，该团队从多个功能层制作了一个电子皮肤，每个层都蚀刻了哑铃图案的毛孔。皮肤层由超薄半导体图案的传感器阵列组成，用于监测温度、水合作用、紫外线照射和机械应变。这种传感器阵列被夹在两层薄薄的保护膜之间，所有的保护膜都覆盖着一种粘性聚合物粘合剂。“电子皮肤就像人类的皮肤一样——非常有弹性和柔软，汗水可以渗透进去，”Yeon说。
研究人员将电子皮肤贴在志愿者的手腕和前额上进行测试。志愿者连续佩戴胶带超过一周。在这段时间里，新的电子皮肤可靠地测量了他的体温、水合水平、紫外线照射和脉搏，即使是在诱导出汗的活动中，比如在跑步机上跑步30分钟和吃辛辣的食物。
该团队的设计也符合皮肤，当志愿者被要求在出汗时反复皱眉时，紧贴在他的额头上，而其他电子皮肤设计缺乏汗液渗透性，很容易从皮肤上分离出来。
金计划提高设计的强度和耐久性。虽然这种胶带既能透汗，又非常舒适，但多亏了它的kirigami图案，正是这种图案，再加上它超薄的形状，使得它在摩擦时非常脆弱。因此，志愿者们在洗澡等活动中必须给胶带套上保护套。“因为电子皮肤非常柔软，它可能会受到物理损伤，”Yeon说。“我们的目标是提高电子皮肤的弹性。”
来源:麻省理工学院
