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/

工業領域資安防護　RFID靈活助攻

洪煥周 2021-02-03

自從網路與物聯網(IoT)裝置開始普及至工業領域後，資安演變成業者不容忽視的課題。然大多數工業資安的討論集中在網路、軟體導向的生產操作系統，常忽略物理性的惡意入侵及使用者身分驗證問題。

根據Automation World報導，近年工業自動化應用軟體開始結賀無線射頻辨識(RFID)技術，其原理是透過無線電訊號讀取感應範圍內的RFID標籤，辨別特定目標，由於RFID易於使用、靈活、安全等優點，因此比磁條卡和IC晶片卡能更好地適應不同工業環境。

德國RFID解決方案供應商Elatec表示，RFID技術可提供多一層安全保護，目前RFID卡已經是最廣泛使用的身分驗證方式之一。因該卡無須碰觸，使用者僅站在讀取器幾公分的範圍內揮動卡片即可讀取，RFID認證與存取控制對企業用戶來說，被認為是最便利的應用。

Elatec主管Chris Randle指出，RFID讀取器可運用的領域十分廣泛，包含電子收費、公司門禁系統、病人識別等。該讀取器通常可以讀取多種類型的卡片，若公司或工廠更改授權，不須重新製作就能更新卡片。

除此之外，RFID讀取器已大量使用各種通訊協定，包括超高速乙太網路(Gigabit Ethernet)、與資訊技術系統和工業自動化應用程式、協作型機器人進行通訊。有鑑於RFID卡、讀取器及製造商的數據傳輸經過加密處理，因此RFID卡系統被認為比其他卡片識別技術更安全。

如果卡片丟失會被有心人士盜用，RFID讀取器可執行指令使卡片失效。針對工業資安問題，專家也建議汰換舊版的RFID，並採取雙重認證縮小網路安全漏洞。

附圖：RFID讀取器可運用的領域十分廣泛，包含電子收費、公司門禁系統、病人識別等。由於RFID易於使用、靈活、安全等優點，因此比磁條卡和IC晶片卡能更好地適應不同環境。法新社

資料來源：https://www.digitimes.com.tw/iot/article.asp?cat=158&cat1=20&cat2=10&id=0000603565_3Z46L4PP5Y5LD46AKG31J

【大竹新地標】

桃園市立圖書館新大竹分館暨蘆竹區興仁市民活動中心、興仁長照機構等多功能複合式場館於今天(10/27)舉行聯合啟用典禮。為大竹地區民眾提供閱讀場所、老人長照、幼兒托嬰及里民活動的場館，一次兼顧了老、中、青、幼等各年齡層需求，館內還規劃電競區、網美區、科普飾品等，很得民眾青睞。

自105年發包興建，歷經4年才完工。春來時任區長，因舊有的大竹圖書分館僅200餘坪，空間過小且無電梯設備，經積極反應爭取，在桃園市政府的協助下，遷移至現址並與大竹四里活動中心、公托、日照中心合辦，興建成複合式多功能場館。

新的大竹圖書分館總面積約800坪，特色館藏為科普類，並加入了許多科普的元素，如陳列架擺設了地質結構岩石標本或科技有關的陳列品，三樓青少年區也規劃了電競區、網美區及力學、電學原理的設備，滿足青少年求新求變的特質，館內也利用3D貼圖，創造視覺驚艷，讓入館民眾有不同的體驗。在智慧化方面，大竹圖書分館採燈控系統，只需按一鍵全館自動關燈。自修室設有座管系統，避免民眾佔位。全館館藏採RFID偵測系統及尋書設備，縮短借、還書時間，讓服務更有效率，提升閱讀吸引力。

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