浙江
新加坡国立大学的研究团队近日成功研发出一款专为水下恶劣环境设计的自愈合电子皮肤系统（SMES）。这项发表在《高级材料》（Advanced Materials）期刊上的创新技术，不仅赋予了水下软体机器人和潜水装备类似于人类皮肤的触觉与近距离感知能力，还能在受到切割或穿刺损伤时自主发出“疼痛”报警，并在水下环境中高效完成自我修复。
在海洋等高压、低温、强腐蚀的水下环境中，电子传感设备极易因碰撞和磨损发生损坏，而传统的修复往往需要将设备回收至水面，过程繁琐且成本高昂。国大团队研发的SMES系统采用了双层分工结构，巧妙解决了这一难题。其最外层为损伤感知层，相当于系统的警报机制；内层则为磁电感应层，负责触觉与近距离感知。两层均包裹在具有弹性与自愈能力的有机高分子材料中，内部嵌入了液态金属导线，即便承受弯曲或拉伸也不会断裂。
当电子皮肤遭遇刺穿或割裂等外部破坏时，损伤层的导电通路会被打断，导致电阻急剧上升。这种电阻突变类似于人体的“疼痛信号”，能让系统瞬间区分出是正常的物理触碰还是发生了实质性伤害。一旦受损，材料内部的可逆分子网络便开始工作。实验数据显示，微小的针孔损伤在数秒内即可恢复电气性能；而面对较大的切口，只需短暂将伤口对齐压紧，材料便能在无须外界人工干预的情况下持续愈合。在温和加热条件下，该材料在空气中7天内的愈合效率约为82%，而在水下浸泡10天后愈合效率甚至接近100%，突破了许多黏合材料在水下容易因水分子干扰而失效的瓶颈。
在感知能力方面，位于下层的传感器利用电磁感应原理工作。内部的小型磁体与液态金属线圈会在受到压力或有物体靠近时产生相对位移，进而诱发电压信号。这一机制使得电子皮肤在未直接接触目标前就能感知物体的靠近，为水下机械手预留出调整姿态的反应时间。此外，由于运动本身就能产生电压，感应元件无需持续供电即可运行。测试结果表明，该传感器的响应时间仅为41毫秒左右，在经历1万次循环测试以及在模拟海水环境中浸泡10天后，仍能保持稳定的信号输出。
为了验证实际应用前景，研究人员展示了两套原型设备：一款可帮助潜水员通过手势向手机蓝牙传输信息的智能潜水手套，以及一套用于水下抓取作业的软体机械手。手套不仅能识别“正常”、“上升”、“下潜”、“保持”和“求救”等多种手势，还配备了LED灯，一旦检测到严重损伤便会亮红灯警示；而机械手则通过红、黄、绿三色灯实时显示自身的健康状态。研究团队表示，尽管该技术目前仍处于实验室原型阶段，但未来经过进一步完善，有望广泛应用于水下管道检测机器人、水下软体机器人、假肢以及人机交互界面等领域，大幅提升极地与深海探测设备的耐用度与自主维护能力。
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