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  極地探索可以幫助人類了解氣候變化、冰川動態(tài)、海洋生態(tài)和極地生物，還可以引領(lǐng)人類發(fā)現(xiàn)遠古建筑和先進文明。人類從未停止過對極地這片地球最極端寒冷地區(qū)的探索，美國國家科學(xué)基金會每年會向極地項目投資約5億美元用于發(fā)現(xiàn)極地的各種資源。極低溫環(huán)境是極地探索最主要的挑戰(zhàn)之一，南極和北極的年平均氣溫在-49°C至-31.4°C之間，北極的最低氣溫可低至-78°C，這為極地探險者的生命安全帶來了極大的風(fēng)險。為此，極地機器人的研發(fā)對減小探險人員的傷亡，對人類開發(fā)未知危險地帶有著重要的意義。

  電子皮膚（e-skins）可以賦予機器人“觸覺“，顯著提升機器人的智能程度。然而開發(fā)可用于超低溫環(huán)境的電子皮膚具有極大的挑戰(zhàn)性，因為常用的彈性基底和電子墨水在極低溫度下無法保持柔韌性、導(dǎo)電性、或其他先進性能（如自愈能力）。目前，沒有相關(guān)研究報道過用于超低溫使用的電子皮膚。迫切需要設(shè)計出在超低溫下具有可拉伸、自愈以及高靈敏的柔性電子皮膚來填補該領(lǐng)域的這一空白。

圖5. 構(gòu)建-78°C下自愈合的電子皮膚，具極地探索的應(yīng)用潛力

  為了證明新型柔性傳感器探索極地地區(qū)未知物質(zhì)的潛力，研究人員設(shè)計了一個應(yīng)用在機器手掌的 12×12 的電子皮膚傳感器矩陣以及應(yīng)用在機器手指上的 1×2 個電子皮膚矩陣。在?78°C下，手掌上電子皮膚矩陣可以通過響應(yīng)不同的電子信號對不同的形狀進行感知，從而識別未知物質(zhì)的3D結(jié)構(gòu)。使用機械手指上的電子皮膚矩陣識別了具有6個響應(yīng)位點的盲文字母，展現(xiàn)出其能夠應(yīng)用于探索未知符號的潛力。

通訊作者簡介

  張雷，天津大學(xué)化工學(xué)院生物化工系教授、系主任、博士生導(dǎo)師，國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者。主要研究方向包括生物化工與合成生物學(xué)、細胞/器官保存、抗冰涂料、功能材料等。已在Nature Biotechnology, Nature Communications, JACS, Angew, Chemical Reviews, AIChE Journal, Research, Engineering等期刊發(fā)表論文100多篇。

  論文信息：Highly stretchable, self-healing, and sensitive e-skins at ?78^oC for polar exploration. Kai Yang?, Qingsi Li?, Shu Tian?, Jiancheng Wang, Guangming Lu, Hongshuang Guo, Sijia Xu, Lei Zhang*, Jing Yang*

JACS, 2024, DOI: doi.org/10.1021/jacs.4c00541

  全文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c00541