近日，南方科技大学材料科学与工程系教授刘玮书课题组在电子皮肤的温觉仿生方面取得了研究新进展，相关成果以“Electronic skin with biomimetic structures realizes excellent isothermal regulation”发表在由Elsevier主办的高水平综合性期刊Nano Energy上。

电子皮肤作为人体皮肤的对应物，通过在柔性基底上集成各种功能元素，可以模拟人体皮肤的各种功能，是未来智能机器人的理想组件。目前，电子皮肤已经实现了类人体的触觉功能，并通过不同程度地模仿人体形成了稳定的神经反馈。然而，电子皮肤中模仿人体的体温调节功能仍局限于简单的加热或制冷，无法在复杂多变的环境中长时间保持等温调节。缺乏温度调节功能的电子皮肤，不仅会给使用者带来危险，还可能引发不良心理后果。而具备温度调节功能的电子皮肤可以改变假肢或机器人的温度属性，在高温环境中进行冷却，低温环境中进行加热，从而可以像人体一样在不同环境下将表面维持恒定的温度，这可以显著提升假肢用户的舒适度和机器人的智能程度。

该项研究成功地复制了人体的体温调节机制，并开发出一种具有生物仿生结构的恒温电子皮肤，用于长时间的等温调节。柔性热电装置与吸湿性水凝胶复合材料的结合实现了产热与散热之间的有效平衡，从根本上改变了传统电子皮肤的温度行为。该恒温电子皮肤展示了在10-45°C的宽环境温度范围内将表面温度维持在35°C的舒适温度区域的能力。 此外，仿生汗腺层的加入大大提高了在不同环境下等温调节的有效时间，在环境温度为25°C时达到4.5小时，在环境温度为40 °C时达到4.2小时。同时，水凝胶的吸湿性使恒温电子皮肤在等温调节后能从大气中重新吸收水分，在湿度为 90% 的情况下，只需 4 小时水分就能恢复到原始状态，具备循环使用的能力。这种仿生恒温电子皮肤展示了实用的体温调节能力，为模仿人体体温调节提供了宝贵的见解，并为机器人中的仿生热感应用提供了解决方案。

图2 恒温电子皮肤在不同环境温度的温度调节

刘玮书课题组2020级南科大-港理工博士生张澎祥为论文第一作者，刘玮书和香港理工大学教授郑子剑为论文共同通讯作者，南科大和香港理工大学为论文共同通讯单位。刘玮书课题组的李旨乾、王玉鹏、孙文婷、朱康、李其锴、李波、系统设计与智能制造学院王珂、王泽茹等人也对研究作出了重要贡献。相关研究得到了广创团队项目、深圳市科技计划项目、香港理工大学和研究资助局高级研究员计划项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109189 

供稿：材料科学与工程系

通讯员：邓雅丽

主图：丘妍

编辑：朱增光