可植入电子设备与皮肤无缝连接手指都能变手机

2019年11月4日，韩国高档科学技能学院（KAIST）的Jae-Woong Jeong教授团队在Science子刊Science Advances揭橥名为“Mechanically transformative electronics, sensors, and implantable devices”的研究文章。
文章讲述了该团队发明的多功能电子平台（TES）可以机器地改变形状、柔性和可拉伸性，许可用户无缝且精确地调度其刚度和形状。

可转换电子设备，来源：KAIST

研究预览：电子产品因其运用不同，一样平常是静态的。
对付保持目标运用程序的整体设备性能和可靠性，该方法一贯是最佳方向。
但是，能够改变其形状、柔韧性和可拉伸性的电子产品使通用的容纳系统将有更多不同的运用。
Jae-Woong Jeong教授团队报告了基于温度触发的设备平台机器特性而实现这些可重新配置的电子系统的设计观点、材料、物理和制造策略。
Jae-Woong Jeong教授团队运用了这项技能来创建具有可变刚度和可伸缩性的个人电子产品，具有可调带宽和灵敏度的压力传感器以及与脑组织整合后可以软化的神经探针。

险些所有当代电子产品，包括传统的刚性消费电子产品和新兴的软电子产品，都具有不变的机器性能，可以知足特定的用场。
扁平、坚固的电子设备供应了用户友好、方便的坚固接口，可最大程度地在桌面或手持设备中利用。

TES的示意图和图像

优柔、灵巧且可拉伸的电子产品更适宜可穿着和可植入运用，其适应身体组织自然变形的能力可以极大地改进舒适度、便携性，并易于进行连续的生理监测。
但是，刚性和柔性电子设备的静态机器特性限定了这些设备的运用。
如将常规的刚性电子设备安装在皮肤上会在设备的笨重的硬组件和软组织之间产生机器失落配，从而使它们不舒适且不便佩戴。
同样，由于设备无法承受较高的打仗力和负载，因此在身体外利用软电子设备会导致操作和接口困难。

镓基转化平台相变特性的热力学研究

为了最大程度上综合传统的平面、刚性电子产品和新兴的软电子产品三种产品的关键功能，Jae-Woong Jeong教授团队引入了新的电子系统，可以根据须要改变其形状和刚度。
基于机器可调式电子平台的温度触发软刚性相变来启用此功能。
此文利用的方法可使电子产品更加通用、方便并且高度适应各种设备，演示了利用此相变策略的各种变革性电子技能，包括可转换为可拉伸、可穿着设备的手持式设备，具有可调带宽和灵敏度的压力传感器以及在注入大脑后会变软的刚性神经探头。

可转换电子设备的运用演示

镓是一种有趣的关键材料。
它具有生物相容性，具有固态的高刚性，并且可以在与皮肤温度相称的温度下熔化。
变革性电子产品由分外的镓金属组成，该金属构造被密封封装并密封在优柔的硅树脂材料中，结合了灵巧且可拉伸的电子产品。
电子系统的机器转换专门由用户掌握的温度变革事宜触发。

一旦变革性电子平台与人体打仗，封装在硅酮内部的镓金属就会变成液态，并软化全体电子构造，使其具有可拉伸性、柔性和可穿着性。
一旦将构造从皮肤上剥离，镓金属便会再次固化，从而使电子电路变硬且稳定。
当将柔性电子电路集成到这些平台上时，它则具有变得灵巧，具有可拉伸或刚性的能力。

压力感应的变换电子设备的运用演示

这个通用的电子平台使研究职员能够演示具有高度适应性和可定制性的运用，例如具有可变刚度和可拉伸性的多功能个人电子设备，具有可调节带宽和灵敏度的压力传感器以及在植入脑组织后会变软的神经探针。

该平台适用于传统和新兴的电子技能，这一打破有可能重塑消费电子行业，特殊是在生物医学和机器人领域。
研究职员认为，随着进一步的发展，这种新颖的电子技能会极大地影响我们在日常生活中利用电子的办法。

深层组织穿透性比较

研究总结：此文先容的观点、材料和设计谋略可实现可机器转换的电子设备，从而冲破传统的刚性电子设备与较新的软性可穿着设备之间的界线。
TES是通用的电子平台，可与许多由有机和无机材料制成的当代柔性、可拉伸电子设备兼容。
镓是TES设计的核心根本材料，它可以通过体温调节电子设备的形状和刚度，从而为可穿着和可植入电子设备供应机会。

镓的冻结导致的过冷度对TES的高精度掌握有害，但是可以通过添加成核剂或杂质来使过冷度最小化。
对付须要不同转变温度的运用，可以利用其他类型的易熔合金代替镓。
在所有情形下，将薄而灵巧的热电子器件与TES设计集成在一起，可以显著促进快速的双向转换（即从刚性到软的转换，反之亦然），从而进一步扩展该系统在包括生物医学设备，软机器人、消费类电子器件在内的各种电子器件中的潜力。

文章链接：

https://advances.sciencemag.org/content/5/11/eaay0418