三層電路貼在皮膚上，延展度 800%！這款「電子刺青」還能控制機器手

作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 02 月 12 日 0:00 |

聽過「電子紋身」（Electronic Tattoo）嗎？早在 2013 年，Motorola 高級副總裁 Regina Dugan 就曾拿出看似普通紋身貼紙的產品。Regina Dugan 表示這款電子紋身是行動式智慧設備，可惜並未多展示充滿未來感的那面。

2016 年 YouTube 一支影片，幾位生物駭客展示將電子設備植入皮下的過程──設備差不多硬幣大小，由一個印刷電路板、5 個表面貼裝發光二極管（SMD LED）組成，由矽膠包裹，一塊 3 伏特電池供電。

設備植入並受磁鐵觸發後，LED 燈會發光，皮膚會出現一朵梅花。

如果你覺得電子紋身只是廠商炒概念、科學怪人開腦洞，那就錯了。

2018 年，美國卡內基美隆大學的科學家就將電子紋身寫進論文，用液態金屬合金塗覆銀奈米顆粒，兩者融合後形成電路，經過印刷，紋身就可輕鬆轉移到皮膚，且導電性也很高。

當時參與研究的卡內基美隆大學助理教授 Carmel Majidi 表示：這是電子印刷領域的突破。

就在最近，中國科學家也聯合打造出電子紋身。

2021 年 1 月 13 日，論文發表於《科學》雜誌子刊《科學─進展》，題為「Multilayered electronic transfer tattoo that can enable the crease amplification effect」（可實現摺痕放大效果的多層電子傳遞紋身）。

論文作者來自南方科技大學（深圳灣實驗室生物醫學工程研究所）、首都醫科大學生物醫學工程學院及中國科學院大學國家奈米科學技術中心。

什麼是「電子紋身」？

看過前文，大概能對電子紋身下個定義：「能直接貼在皮膚上的超薄電路」。電子紋身可隨著皮膚狀態任意拉伸彎曲，可說是穿戴式設備的最高境界了。運作原理是 NFC（Near Field Communication，近距離無線通訊），能讓設備靠近時交換數據的技術。

NFC 是在 RFID（無線射頻身分辨識）技術的基礎上結合無線連接技術研發而成，日常場景也為各類電子產品提供安全快捷的通訊支援。行動支付、文件傳輸、門禁、手機與車鑰匙集合的背後，都離不開 NFC──轉到電子紋身，NFC 可確保訊號傳遞。

其實電子紋身有很多用途，如耳機、無線收發器、電源、噪音檢測器、測謊儀等等。作者也提到：「電子紋身在皮膚健康和運動感測有很大潛力。」

然而電子紋身目前問題是：固形性、黏性和多層性等特性不能並存，是研究人員設計新型電子紋身的起因。

多層電子傳遞紋身

研究人員設計出「多層電子傳遞紋身」，即 multilayered electronic transfer tattoo（下稱 METT）。

為了組成多層電路模板，科學家用到兩種材料，一是金屬聚合物導體（metal-polymer conductors），二是彈性體嵌段共聚物（elastomeric block copolymer）。

METT 共有 3 層：

黏合層（adhesive layer）：很薄（~8μm）的壓敏膠，受外部壓力時，黏合層使 METT 與皮膚緊密附著。

釋放層（release layer）：矽酮膜，主要目的是便於電路模板從釋放膜剝離。

兩者間的電路模組：含 3 層電路，每層都嵌有可拉伸導體的聚苯乙烯─丁二烯─苯乙烯（SBS）薄膜（~14μm）。

第一、二層電路上有應變感測器，數量分別為 11 和 4，第三層電路上有一個加熱器。

由於金屬─聚合物導體（metal-polymer conductor）有良好延展、可重複性，因此可用作應變感測器。

如下圖 A、B 所示，基於金屬─聚合物導體的應變感測器電阻，隨著拉伸應變增加而增加，METT 甚至可容易拉伸到 800%，遠遠超過皮膚最大變形度。

METT 可用於溫度調節、運動監測和機器人遠端控制，具高延展性（800%）、固形性和黏性，可做到摺痕放大效果，因而能將聚集應變感測器的輸出訊號放大 3 倍。事實證明，無需任何溶劑或加熱，METT 就能在不同表面牢牢附著。

遠端控制機器手臂

不僅如此，為了展示新型電子紋身的可擴展性，科學家更製造出 7 層 METT，當成可拉伸加熱器。

上圖 A 是 7 層加熱器俯視圖，每個電路層都包含一個基於金屬─聚合物導體的加熱器，兩端有 2 個連接點，用於與其他層加熱器形成垂直電連接。因此，7 個加熱器就以串聯方式連接電源。

上圖 B 展示不同層基於金屬─聚合物導體的加熱器，透過連接點形成的電連接。

論文介紹，除連接點外，金屬─聚合物導體透過 SBS 形成良好電絕緣，熱成像時未發現短路。研究結論之一是，隨著層數增加，紋身的順應性隨厚度增加而降低，兩層電子紋身足以滿足大多數功能。

科學家將 METT 實際應用──透過手指彎曲發出的訊號放大，透過藍牙傳輸到機器手臂，因此 METT 能遠端控制機器手臂，模仿人手動作時也不會出現異常震動。

論文表示，團隊已透過 2 層 METT 做到以 6 個自由度遠端控制機器手，透過 3 層 METT 以 15 個自由度遠端控制機器手。

可肯定的是，未來電子紋身在醫療、VR 和可穿戴式機器人方面有巨大潛力。

附圖：▲ 蘋果手機上的 NFC 功能。
▲ 科學家測試 METT 應變感測器的機電性能。

資料來源：https://technews.tw/2021/02/12/multilayered-electronic-transfer-tattoo/

今天真的是又濕又冷，雨又有點大，實在不太適合到公園跑步!

幸好有備案，社區的健身房就有跑步機，這種天氣就適合在室內跑，不用一直承受刺骨的寒風了… 住這裏十多年，第一次來使用跑步機耶…(記得剛入住的時候還有更好玩的跳舞機呢~ 可惜壞了之後就被移走了…)

昨天在公園的時候，一邊和兒子併肩小跑，一邊聊著他學校的事，兒子念的是資訊科，專業科目有基本電學、電子學、數位邏輯、計算機概論、APP程式撰寫…

我問他最喜歡哪一科，他答不出來! 我問他最討厭哪一科，其實也很難比較? 為什麼?

因為沒有一科讓他感興趣，或讓他有成就感…😔所以每一科都似懂非懂，不知道老師在講什麼，尤其是那些要套一堆公式的題目…

讓我不禁回想自己的高職生活，念的是電機，也是有基本電學、電子學、數位邏輯、計算機概論…以前學的是 8048單晶片或PLC寫程式，因為那個年代沒有手機APP!

對我來說，當初運氣比較好的是有一科專業科目是我比較感興趣的：電動機，俗稱「馬達」，因為馬達會轉，很有趣，直到現在，馬達的技術仍然不斷翻新，用在許多科技產品上，小一點的如手機的震動功能、大一點如gogoro或特斯拉電動汽車，到處都可見馬達的進步跟著時代而演進。

不過，我現在的工作和馬達也是扯不上邊! 當初學校念的科目現在一個也沒用上。

前陣子開始教兒子如何架設網站，一步一步教，一邊動手做，他是可以學會的，但學校的科目為什麼老師教，他們卻有很多人都學不會? 甚至開始放棄，上課發呆…

我把兒子的課本拿來看，試著拿他的考卷來解題，然後我發現這些公式好熟悉，卻又想不起來：

E=QV

Q是庫侖

V是電壓

E是焦耳

所以一伏特的電壓可以讓一庫倫的電荷獲得或失去一焦耳的電能

很好… 看完以上這些定義，我的解題熱情瞬間冷卻!! 本來想教兒子解題，但現在連我自己也不想去弄懂這些東西了，我該怎麼教他…哈~

兒子說，公式不只這個，還有好多其他的，而且題目愈來愈複雜…如果這些不弄懂，以後考統測要怎麼辦…啊好無助~ 因為這些科目真的好無趣啊!!

於是我們開始找，未來的大學到底有什麼科系對他來說是比較有趣，又能對未來的工作有幫助的，找來找去，好像不管念哪個科系，總會有不喜歡的科目，只是數量多寡而已… 既然逃不掉，現在的科目也不能不念(為了升學考試) ，那好吧… 就跟我當初一樣，比較會念的科目就多念一點，不會的科目就盡量做一些考古題吧，多做一些也能多懂一點…

然後呢，如果這些都太無趣了，那我們來學習觀察好了，你現在在學校的生活中，同學們的需求是什麼，例如愛美、愛改褲子、愛買髮蠟、愛買衣服、愛打扮、愛聊電玩!

遇到的困擾是什麼? 例如教官愛抓學生把褲管改太窄，限制不能小於18cm!!!!!(我個人覺得真的有夠無聊!)

班上發生的趣事或令人生氣的事是什麼? 例如老師總偏愛那些功課好的同學，對那些功課不好的同學總沒好臉色!

有女朋友的同學生活和其他人有何不同? 例如時常發呆傻笑…

如果現在開始培養這些觀察力，把這些有趣的事情記錄下來，然後當成部落格的文章素材，訓練自己寫故事的能力，未來這個部落格是不是能帶給你寶貴的人生經歷與記錄!

人生的每個階段都有快樂，當然也伴隨著痛苦，不是每個人都有高智商，也並非每個高智商的人未來都能成為人生勝利組。

山不轉路轉，學校教育不可能處處完美，大不了未來先去工作，有需要再回學校念書，例如在職班。學習自己有需要的科目即可。

千萬別為了求職而追求文憑，而是要為了創業而追求能力的提升，這兩者目的大不相同，一個是為了別人打工，一個是為了自己而創業。

聊著聊著，不知不覺就跑完了10圈!

今天兒子回家後跟我說：爸，你上次幫我拿去改的褲管今天被教官抓了，他說我改太窄，你不是說剛好改18cm嗎?

唉!我心想糟了! 其實我覺得改17cm比較好看，所以我其實是改成17cm的!!! (我咧…該死的教官…)

#愛美的青春期為什麼限制18cm呢?😆
#想當初我高中的時候根本就是全套在中華路訂做的制服啊
#uniform