基于离子液体构造“离子皮肤”实现手腕上的无人机遥控器

近期，发表在《 Nature Communications》上的一篇文章《A bioinspired hydrogen bond-triggered ultrasensitive ionic mechanoreceptor skin》的研究人员受到生物多细胞（图1a）结构和功能特征的启发，展示了一种 合成的 多细胞混合离子泵（SMHIP）和离子机械传感皮肤， 并通过集成的离子皮肤传感器成功地演示了可穿戴无人机微控制器，在无人机飞行中同时和有选择地控制方向和速度，这到底是怎么操作的呢？ 离子皮肤的设计过程图1d显示了SMHIP的概念设计，研究人员以热塑性聚氨酯弹性体（TPU）作为人工细胞外基质，由二氧化硅微结构及其表面的[EMIM+]和[TFSI-]离子对作为人工机械感受器细胞，将二氧化硅微结构及表面的离子对嵌入TPU基质中构建离子机械传感皮肤。

图1.（a）生物多细胞结构的示意图，（b）平衡时人体皮肤示意图，（c）受刺激下人体皮肤示意图，（d）SMHIP和离子机械传感皮肤的概念设计，（e）平衡下离子机械传感皮肤示意图，（f）受刺激下离子机械传感皮肤示意图 离子机械传感皮肤在可穿戴医疗设备中的应用图2显示了SMHIP的离子皮肤传感阵列在可穿戴医疗设备中的应用。将9个传感阵列附着在模型手上。从图3中可以看出模型离子皮肤传感阵列具有超灵敏的机械转导，能够对压力产生明显的反应。图4显示了这种离子皮肤传感阵列在可穿戴电子产品中的优异拉伸性和可卷曲性。

图2. 皮肤模型上的超灵敏离子传感器阵列

图3. 皮肤模型上的超灵敏离子传感器按压实验

图4. 离子机械传感皮肤柔软性测试实验随后，研究人员为了证明SMHIP可穿戴式压力传感器的临床应用，将该离子机械传感皮肤连接到25岁作者的颈部以记录颈动脉血压波，如图5所示，经过计算，所得到的脉搏信号符合二十五岁左右健康人的数据。

图5. SMHIP可穿戴离子压力传感皮肤 离子机械传感皮肤在无人机领域的应用由于这种离子机械传感皮肤有着优异拉伸性/适应性、超高压灵敏度以及较大的压力感应范围，研究人员在此基础上制造出了一种可穿戴的无人机微控制器（WADM），能够控制无人机在飞行过程中同时或有选择地进行旋转，这是一项完全尖端的技术应用，图6示出了连接到作者手腕上的WADM的照片。

图6. 可穿戴无人机微控制器在这项工作中，无人机微控制器的开发对无人机的高度、转数及方向的同步和选择性控制达到了前所未有的水平，图7展示了研究人员用WADM控制空中无人机的实时实验照片。

图7. WADM控制的空中无人机实验这种离子机械传感器皮肤可以在大面积的范围内集成，有望用于下一代假体装置应用。该工作的研究成果可能会彻底改变各个领域，包括人工智能，下一代假肢和人机界面。