“Make human more human.”（让人类更人性化）
人造皮肤领域“材料大师”、化学家、史丹佛大学化学工程系系主任鲍哲南曾这样描述她在电子人造皮肤领域的研究初衷。
鲍哲南等科学家的设想中，这种黑科技能协助义肢理解触摸、弯曲或按压等动作，因此有装义肢的群体得以恢复对外界的真实感知。
（Source：RMIT）
其实，除了人工义肢、医疗检测和诊断等方面的应用前景，电子皮肤还能用于机器人──提升机器人的柔韧性和延展性，甚至让机器人像人类面对疼痛时有反应。
电子皮肤发展至今，厚度、回应速度等不断提升，但因是行动电子设备，续航力也是关键。英国格拉斯哥大学研究团队提出一项方案：利用太阳光，提供电子皮肤电力。
2017 年 3 月 22 日，团队以《 Energy‐Autonomous, Flexible, and Transparent Tactile Skin》（自供能、灵活、透明的触觉皮肤）论文发表于学术期刊《先进功能材料》。
当时研究团队称：
相比其他只受电池驱动的材料，这类电子皮肤工作时间将更长，同时又不会像有线电子产品那样行动受限。
时隔 3 年，英国格拉斯哥大学研究团队顺着利用太阳光的思路，对电子皮肤续航问题有了突破。
时隔 3 年，电子皮肤再获突破
前不久，英国格拉斯哥大学研究团队以《Energy Generating Electronic Skin With Intrinsic Tactile Sensing Without Touch Sensors》（无需触摸感测器、具内在触觉感测的自供能电子皮肤）论文发表于《IEEE 机器人学汇刊》。
仅看论文标题便能得知，团队设计的电子皮肤未配备触控感测器，可谓是完全达到“自供能”程度。
而 3 年前，团队提升电子皮肤续航的做法是添加石墨烯制成的感光发电感测器，论文也显示，让光伏模组获得足够太阳光的关键因素便是应用透明触控感应层。
基于这种方法，电子皮肤可低能耗化，每平方公分所需能量为 20 毫微瓦，相当于当年最低等级的光伏电池。论文合著者之一、格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院可弯曲电子与感测技术团队的 Ravinder Dahiya 表示：
我们下一步计划是深度研究发电技术，支撑整个研究和义肢自主驱动，可能会打造出完全自供电的义肢。
▲ Ravinder Dahiya。（Source：Cent）
不难发现，过去 3 年研究团队先“加法”后“减法”，最终达成电子皮肤自供电。
当电子皮肤遇到太阳能电池
但自供电原理是什么？
根据论文，大量感测器和读出电子器件连续运行，想满足电子皮肤的能耗要求很有挑战性。因此团队首次提出无需任何触控感测器，具内在触觉感测的自供电电子皮肤（简称 eSkin）。
eSkin 包括微型太阳能电池的分布式阵列和软弹性衬底上的红外发光二极管（IRLEDs）。据了解，这些太阳能电池不仅能自己发电，还能产生一些额外能量，并能提供触控和近距离感应的触觉功能。透过读取太阳能电池和发光二极管的能量输出变化，eSkin 可感测距离、物体位置等多项参数。
具体原理是：暴露在光源下，太阳能电池将产生能量；如果电池（或 eSkin）被附近物体挡住光线，当电池与物体接触，光的强度（即产生的能量）就会下降至零，故 eSkin 能确认是否触碰。
这种情况下，eSkin 收到的光线强度和 eSkin 与物体的距离强有相关。如 Ravinder Dahiya所说：
透过即时比较光线强度再校准，就可确定 eSkin 和物体的距离。
为验证这思考是否可行，研究团队将 eSkin 附着于 3D 打印的机器手上，记录与环境的互动。下图最下方展示覆有 eSkin 机器手的 3 个子系统，从下至上依序是能量管理、感测、驱动。
（Source：IEEE Xplore，下同）
研究团队发现，仅手掌区域就能产生 383.6mW 能量。他们设想，如果将 eSkin 覆盖整个身体（约 1.5 平方米），eSkin 就能产生超过 100W 的能量。
如下图所示，eSkin 能定位、边缘检测和三维形状评估接近的不同物体。
不仅如此，他们还将 eSkin 用于工业机器手臂，发现可安全做到人机互动。对这项突破，Ravinder Dahiya 表示，本质上，他们把如何供电给大面积电子皮肤的难题变成机会──将电子皮肤转化成产生能量的资源。
鉴于 eSkin 的材料整合感测能力，除了机器人领域，研究团队还设想 eSkin 未来的大量潜在应用：
- 义肢方面，eSkin 比其他电子皮肤更轻便，有助于制造重量、尺寸更佳的义肢，方便身障者。
- 人机界面方面，eSkin 可有效减少常见的时间延迟问题。
- 自动化方面，特别是电动和互动式车辆领域，包覆 eSkin 的汽车有良好的近距离感测能力，也能轻松“看到”正接近的障碍物或行人。
- 游戏方面，eSkin 还能用于手势辨识控制。
- Solar-based Electronic Skin Generates Its Own Power
（本文由 雷锋网 授权转载；首图来源：影片截图）
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