美國斯坦福大學研究人員日前製造出一種有彈性, 可變色的壓力敏感材料, 它是迄今最接近變色龍皮膚的人造材料. 用不同力度觸摸這種電子皮膚, 它會改變顏色.
研究人員指出, 將來這種電子皮膚在互動式可穿戴設備, 人造義肢, 智能機器人等方面有著廣泛應用. 類似的變色材料以往也有, 但很少有材料還能感知壓力, 而且沒有一種是有彈性的.
新的電子皮膚首次具有這三種特點. 論文第一作者, 斯坦福大學的周河秀(音譯)說, 這是一種仿變色龍的彈性電子皮膚, 改變所施壓力的大小和時間, 就能很容易地控制電子皮膚的顏色;反過來, 還能通過電子皮膚的顏色變化來分辨壓力大小.
新電子皮膚主要由兩個部分組成: 彈性微結構聚合材料和彈性電致變色聚合材料, 前者能隨壓力改變電壓, 後者能隨電壓變化而變紅或變藍.
研究人員用一個絨毛熊演示了電子皮膚是怎樣變色的. 他們給小熊掌上貼上壓敏材料, 並與放在小熊腹部的電致變色材料連接. 電致變色材料先是暗紅色, 輕握小熊掌(壓力約50千帕)時變為藍灰, 放開後又變回暗紅, 用大力握時(約200千帕)變為淡藍色.
研究人員解釋說, 這是一個多步驟的過程. 握手的壓力使壓敏材料電阻下降, 由此使電致變色材料的電壓升高, 氧化材料使其化學結構發生輕微改變, 從而明顯改變其吸收光譜. 壓力消除後這一過程會迅速逆轉.
雖然研究中所用的電致變色材料只能在紅藍之間轉變, 但研究人員希望其他電致變色材料能有更多顏色, 這樣就可帶來更廣泛的應用. 電子皮膚有可能與可穿戴或攜帶設備結合, 如衣服, 智能手機, 智能手錶等, 把各種顏色整合到一種設備中, 可作為一種互動式裝飾或表達情緒方式.
周河秀說, 電子皮膚顏色的改變還可用於分辨壓力, 這種系統能與任何想知道其表面壓力的東西結合. 此外, 它還有偽裝功能, 可用於義肢和智能機器人. 彈性系統能很好地貼附在曲面和動態表面上, 傳統的堅硬材料卻做不到這一點.
壓電材料刺激變色材料, 就是人造的五彩皮膚, 它和變色龍皮膚的原理有一點像: 後者是神經刺激色素細胞擴張, 縮小. 人造仿品更簡單可控;天然真品則能視顏色, 溫度, 內分泌, 精神狀態而變色, 更複雜有趣. 將來發明一種隨心情變色的皮膚, 也不是不可能. 到那時, 我們看著股市大盤, 臉真的會變綠.