【青談科研】新型電子皮膚透氣 有觸覺可監測健康

皮膚是人體面積最大的器官，它能保護我們和感知外界的信息。隨着科技的進步，電子皮膚應運而生，它不但可以產生觸覺，還可以監測我們的健康狀況，廣泛應用於日常生活中的各個方面。今期的《青談科研》，我會為大家介紹一種輕便、可伸展，並能將排汗度提高4,000倍的新型電子皮膚，解構它如何解決了現時穿戴式生物醫學設備的難題，從而更可靠地監測生物信號。

電子皮膚是一種能夠模仿人類皮膚感知功能的新型可穿戴式電子設備，具有輕薄、柔軟和靈活等特點，可以將外界刺激轉化為不同的輸出信號，廣泛應用在醫療設備。

助殘疾人士感受觸覺

現今研發的電子皮膚一般用於生理信號監測，例如心電監測、血壓監測和體溫監測等，協助了解個人的整體健康狀況。這對於預測早期疾病、作出個性化治療及改善慢性疾病管理十分有用。

除此之外，電子皮膚更可收集人類的神經肌肉電訊號，並模仿人類的觸感，將知覺輸入轉換為電訊號，傳送至大腦，這令部分殘疾人士能夠借助電子皮膚恢復身體機能。

在結合機械人的應用之下，電子皮膚還能夠遙控機械人模仿人體動作，完成複雜的任務。醫生日後可以通過穿戴式醫學電子設備和 VR 眼鏡，遙控機械人或機械臂進行手術。醫護人員亦可以藉着遠程遙控機器人照顧傳染病患者、為病人採集生物樣本，大大降低醫護人員受感染的風險。

信號不穩定性有待解決

電子皮膚具有無限的發展潛力，但要更廣泛地應用，需要先解決目前穿戴式生物醫學設備的一大難題——信號的不穩定性。

傳統的穿戴式設備的信號穩定性會受到人類的汗液影響，因此大部分的電子皮膚設備與人類皮膚保持緊貼的時間都少於24小時，這使長時間、連續、可靠及準確地監測生理信號造成困難。除此之外，由於人類的皮膚厚薄各異，部分使用者貼上電子皮膚後，或會因為其較差的透氣性而出現紅腫及敏感的情況，因此不建議長者及嬰兒使用電子皮膚作醫學用途，這令電子皮膚的應用範圍受到限制。

有見及此，我和團隊致力研究解決方案，盼能研發一種無懼汗水、超強透氣的電子皮膚，令穿戴式設備能持續及穩定地監測生理信號，同時避免引起穿載者的不適或因出汗而中斷信號。

受到大自然的啟發，我們通過觀察荷葉的超疏水性以及豬籠草特殊表面上的液體自發輸運等自然現象，研發出一種三維液體二極管（3D·LD）配件。這是通過材料處理、設備構建和系統集成技術，為柔軟且透氣的穿戴式設備解決了流體操控上的難題。

三維液體二極管採用一種名為水平液體二極管的面內液體傳輸層，集成於稱為垂直液體二極管的面外排汗通道上方，這種設計可以讓電子皮膚傳輸汗液的速度比人體產生汗液的速度快4,000倍，即使穿戴者在炎熱和潮濕天氣下跑步，這種技術也能作無間斷監測，解決了設備與皮膚接觸面因汗液積聚而令信號中斷問題。目前，我們正進行臨床試驗，有望這技術能作出長達一周的可靠監測。

科研成果要落地轉化，需要考慮生產成本。由於三維液體二極管的材料屬於一次性材料，我和團隊正積極研究可以重複使用的新材料，希望實現大規模生產之時，亦能降低生產成本，從而令更多人得以受惠。

此外，隨着人工智能（AI）的應用愈來愈廣泛，我們也利用AI協助收集更多醫療數據，以建立一套具規模性及系統性的預測模型，這將有助我們更可靠及準確地通過電子皮膚監測生理信號，提供實時的健康狀況追蹤，甚至提供自主數據分析以評估我們的健康。

●圖、文：香港科學院提供

授課人：于欣格教授 香港青年科學院院士 香港城市大學生物醫學工程學系