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石墨烯製成之皮膚可利用太陽能使截肢者恢復觸覺
作者:駐英科技組 現職:駐英科技組
文章來源:摘譯自英國工程暨物理科學研究委員2016年3月31日
發佈時間:2017.07.31
格拉斯哥大學(University of Glasgow)的工程師利用石墨烯(graphene)開發出太陽能驅動的人造皮膚,能夠作為截肢者義肢的高階用材。由拉文德. 達西亞博士(Dr. Ravinder Dahiya)領導的可曲式電子器材暨感應技術(Bendable Electronics and Sensing Technology, BEST)的研究團隊,認為他們的研究突破點在於使用石墨烯二維材料的物理性質,吸收太陽能以驅動人造皮膚,並讓截肢者重新感受到觸覺。這項研究是由EPSRC所資助,達西亞博士同時也是EPSRC工程發展科學獎學金(Engineering Fellowship for Growth)的得主。目前此研究已受到全球關注,媒體也有多篇報導文章。BEST團隊的研究成果發表在《高階功能性材料》期刊中(Advanced and Functional Materials),其內容詳述研究團隊如何首次將發電用的光伏打電池(photovoltaic cell)結合在石墨烯製成的電子皮膚上。
石墨烯是一種極具彈性的碳元素型態,儘管厚度僅有單顆原子,卻比鋼鐵強韌、可導電且是透明的。正是石墨烯的透光度,使得百分之九十八照射其表面的陽光可以直接穿透,可作為太陽能產電的理想材料。達西亞博士表示:「人體皮膚是極其複雜的系統,藉由神經感應元陣列將訊號傳遞至大腦,得以偵測壓力、溫度與觸感。我與研究同事已在義肢的製造上有重大進展,將人工皮膚與其結合,能夠非常精準量測壓力變化。更為準確的壓力量測意味著新型義肢能夠進行其它傳統義肢難以完成的動作,像是恰當地握住柔軟物質。我們也使用創新的3D列印技術,來製造價錢合理的靈敏型義肢,熱衷於此的學生更組成Helping Hands社團。有觸覺感應的人造皮膚也能夠打造更注重人身安全的機器人。舉例而言,如果在施工地帶運作的機器人能夠感應到有人誤闖其行經路線,在碰觸時便停止動作,便可避免人員擦撞受傷的情況發生。」
新型人造皮膚每平方公分僅需20奈瓦的能量,即便是目前市場上品質最差劣的光伏達電池也可輕易地達到這個需求。因光伏達電池產生的電能無法儲存在皮膚上,研究團隊已經開始尋找將多餘的電能分流儲存在其他電池的方法,以供下次所需使用。達西亞博士補充說:「我們研究的下一步是再提升現有研究的產電技術,以驅動義肢裡的馬達,創造出電能完全自主的義肢系統。我們已經在這研究方向有些激勵人心的進展,更期待能在不久後展現其成果。我們同時也在研究是否能以目前成果開發出價錢合理的穿戴式醫療保健器材,而最近已收到一小筆蘇格蘭基金委員會(Scottish Funding Council)的資助 。」
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