韓國(guó)發(fā)明人造皮膚可感知溫度和壓力(電壓力鍋是怎樣檢測(cè)和感知壓力的？)

韓國(guó)首爾大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師日前開(kāi)發(fā)出了一種質(zhì)感柔軟、有伸縮性能的智能人造皮膚，它可以通過(guò)材料中的微型感知裝置感受溫濕度、壓力和各種觸覺(jué)。智能人造皮膚用超薄膜聚酰亞胺和單晶硅納米材料制成，可感知溫度、濕度、壓力、變形等觸覺(jué)的裝置以及為皮膚加熱的納米發(fā)熱體被移植于透明材料中。觸覺(jué)裝置可感知接觸皮膚物體的溫度和濕度，皮膚所承受的壓力可通過(guò)皮膚伸展程度來(lái)測(cè)定，材料內(nèi)置的發(fā)熱體可維持皮膚溫度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，智能人造皮膚的觸覺(jué)和發(fā)熱功能在彎曲手腕、握拳和握手等皮膚拉伸達(dá)30%~50%的情況下仍可正常工作。由于它的伸縮性較好，預(yù)計(jì)將可被用于制造手腕等對(duì)皮膚伸縮性要求較高的人造器官。此外，研究人員還在試驗(yàn)中成功將人造皮膚所感知的觸覺(jué)信號(hào)通過(guò)老鼠的末梢神經(jīng)傳導(dǎo)給了老鼠大腦。這意味著今后人類將可以利用裝有人造皮膚的人造器官感受到外界刺激。首爾大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的金教授指出，人造胳膊已在世界上試驗(yàn)成功，相信再過(guò)幾年，人造胳膊就可以裝上跟真正皮膚一樣的人造皮膚

電壓力鍋是怎樣檢測(cè)和感知壓力的？

電壓力鍋的壓力檢測(cè)方法及裝置,目的在于可以連續(xù)性地精確檢測(cè)控制電壓力鍋內(nèi)壓力。本發(fā)明將應(yīng)變計(jì)放置在壓力鍋之內(nèi)鍋外圍,并利用一個(gè)傳動(dòng)臂,感知內(nèi)鍋的膨脹量。當(dāng)內(nèi)鍋膨脹時(shí),傳動(dòng)臂將內(nèi)鍋膨脹量轉(zhuǎn)換為一個(gè)位移量,使應(yīng)變計(jì)的彈性基體變形;變形的彈性基體使敏感箔材的電特性也隨之變化而產(chǎn)生的可控電信號(hào)輸送給中央控制器,通過(guò)中央控制器運(yùn)算,輸出控制信號(hào)和顯示信號(hào)。本發(fā)明的壓力檢測(cè)裝置,包括應(yīng)變計(jì)、傳動(dòng)臂、中央控制器等。應(yīng)變計(jì)放置在壓力鍋之內(nèi)鍋外圍,并通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ü潭☉?yīng)變計(jì)。本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于電壓力鍋的壓力檢測(cè)和控制,而且也可以用于電熨斗、電熱水器等需要監(jiān)測(cè)壓力或溫度的家用電器。 ;1.一種電壓力鍋的壓力檢測(cè)方法,其特征是:采用應(yīng)變計(jì)作為檢測(cè)器件,將應(yīng)變計(jì)放置在壓力鍋外殼與內(nèi)鍋之間空間的某一適當(dāng)位置,并利用一個(gè)傳動(dòng)臂,感知內(nèi)鍋的膨脹量;當(dāng)內(nèi)鍋因高壓膨脹時(shí),傳動(dòng)臂將內(nèi)鍋膨脹量轉(zhuǎn)換為一個(gè)位移量,推動(dòng)應(yīng)變計(jì)的彈性基體相應(yīng)地變形;變形的應(yīng)變計(jì)彈性基體使附著其上的敏感箔材的電特性也隨之變化;因電特性變化而產(chǎn)生的可控電信號(hào)輸送給中央控制器;中央控制器對(duì)接收的電信號(hào)予以運(yùn)算,輸出控制信號(hào)和顯示信號(hào)。;

金屬智能材料

2、智能材料的分類
2.1 按產(chǎn)生方式分類
智能材料按產(chǎn)生方式可分為天然生物智能材料和人工智能材料。
前者主要指有機(jī)活體，如人和動(dòng)物的皮膚、骨骼、肌肉、臟器、血液、毛發(fā)等；后者是人為制造的具有智能功能的材料，一般簡(jiǎn)稱為智能材料，是高科技發(fā)展的產(chǎn)物，它大多是在前者的啟發(fā)下而發(fā)展的，這時(shí)又稱為生物擬態(tài)材料。
2.2 按驅(qū)動(dòng)方式分類
智能材料結(jié)構(gòu)按驅(qū)動(dòng)方式可以分為兩種類型：
一類是嵌入式智能材料，又稱主動(dòng)式智能材料；另一類是材料本身具有一定的智能功能，又稱被動(dòng)式智能材料。
前者在基體材料中嵌入具有傳感動(dòng)作和控制處理功能等三種原始材料。傳感元件采集和檢測(cè)外部環(huán)境給予的信息，控制處理器指揮激勵(lì)驅(qū)動(dòng)元件執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，即材料在感知所發(fā)生的變化后，需要通過(guò)外界的反饋系統(tǒng)作用在材料上使其發(fā)出所需的變化，如壓電陶瓷傳感器與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器結(jié)合起來(lái)，通過(guò)外部反
饋電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；后者是某些材料微結(jié)構(gòu)本身就具有智能功能，能夠隨著環(huán)境和時(shí)間改變自己的性能。例如自濾波玻璃、變色太陽(yáng)鏡和受輻射時(shí)性能自衰減的InP半導(dǎo)體等。
2.3 按材料基質(zhì)的不同分類
智能材料按材料基質(zhì)的不同又可分為如下幾類：
2.3.1 金屬系智能材料
可以通過(guò)在1微米尺寸的微小空穴內(nèi)埋入一種斷裂時(shí)能產(chǎn)生聲波的物質(zhì)來(lái)檢知裂紋，判斷材料結(jié)構(gòu)本身的壽命和預(yù)告異?，F(xiàn)象，并利用材料中埋入的另一種物質(zhì)（能產(chǎn)生應(yīng)力、相變），受裂紋部位應(yīng)力作用所產(chǎn)生的相變來(lái)抑制和自己修復(fù)裂紋，或者利用材料中所含的成分自動(dòng)析出來(lái)填充間隙實(shí)施自己修復(fù)。日本等國(guó)正在研究使金屬材料具有如下功能，即當(dāng)材料發(fā)生變形、裂紋等損傷和性能惡化時(shí)，借助顏色、聲音、電信號(hào)等檢知這些現(xiàn)象的自我診斷功能! 以及利用由應(yīng)力引起的相變使應(yīng)力集中緩和的自我修復(fù)功能。
2.3.2 無(wú)機(jī)非金屬系智能材料
智能陶瓷具有很多特殊的功能，它能像有生命的物質(zhì)例如人的五官那樣感知客觀世界，并且這類陶瓷還可能動(dòng)地對(duì)外作功，發(fā)射聲波、輻射電磁波和熱能，以及促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和改變顏色等對(duì)外作出類似有生命物質(zhì)的智慧反應(yīng)，很多智能陶瓷具有自修復(fù)和候補(bǔ)功能，它使材料能抵抗環(huán)境的突然變化，部分穩(wěn)定的抑制開(kāi)裂就是一個(gè)很好的例子，它的四方—單斜相變!能自動(dòng)在裂紋起始處產(chǎn)生壓應(yīng)力來(lái)終止裂紋擴(kuò)展。在纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合材料中，部分纖維斷裂釋放能量，從而避免材料整體進(jìn)一步斷裂。陶瓷變阻器和正溫度系數(shù)熱敏電阻是智能陶瓷，在高電壓雷擊時(shí)，氧化鋅變阻器可失去電阻，使雷擊電流旁路入地，該電阻像候補(bǔ)保護(hù)那樣可自動(dòng)恢復(fù)，電致變色是指材料在電場(chǎng)作用下而引起的一種顏色變化!這種變化是可逆的并且連續(xù)可調(diào)。利用電致變色材料的這種性質(zhì)構(gòu)造的玻璃窗具有對(duì)通過(guò)的光和熱的動(dòng)態(tài)可調(diào)性，這種玻璃裝置稱為智能窗。顏色的連續(xù)可調(diào)意味著透過(guò)率、吸收率及反射率三者比例關(guān)系的可調(diào)。至于智能混凝土和智能建材等!在工程和建設(shè)中有著更廣泛的應(yīng)用。
2.3.3 高分子系智能材料
高分子凝膠為高分子在溶劑中的三維網(wǎng)絡(luò)，其大分子主鏈或側(cè)鏈上有離子的解離性、極性和疏水基團(tuán)，類似于生物體組織，它可因溶劑種類、鹽濃度值、溫度的不同以及電刺激和光幅照不同而產(chǎn)生體積變化。它是基于分子水平（分子結(jié)
構(gòu)）、高分子水平（結(jié)構(gòu)和形態(tài)的變化）大分子間水平（大分子間相互作用、可動(dòng)離子壓力及熵壓力）變化的刺激響應(yīng)性。智能高分子材料作為生物醫(yī)用材料，其應(yīng)用前景明確，如用它制成藥物釋放體系載體材料，則這類DDS可依據(jù)病灶所引起的化學(xué)物質(zhì)或物理量（信號(hào)）的變化，自反饋控制藥物釋放的通—斷特性。如血糖濃度響應(yīng)的胰島素釋放體系，可有效地把糖尿病患者的血糖濃度維持在正常水平，這是利用多價(jià)羥基與硼酸基的可逆鍵合作為對(duì)葡萄糖敏感的傳感部分。
高分子膜材具有物質(zhì)滲透和分離功能!現(xiàn)正以生物膜的模型研究開(kāi)發(fā)刺激響應(yīng)性多肽膜。利用可逆的構(gòu)像及分子聚集體變化，制成穩(wěn)定性優(yōu)異的膜材，它對(duì)物質(zhì)的滲透速率可隨鈣離子濃度、pH值及電場(chǎng)刺激而變化，這類研究集中于增大響應(yīng)敏感度和改善其通—斷控制等。

6.1在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用
6.1.1 智能蒙皮
光纖作為智能傳感元件用于飛機(jī)機(jī)翼的智能蒙皮中，或者在武器平臺(tái)的蒙皮中植入傳感元件、驅(qū)動(dòng)元件和微處理控制系統(tǒng)制成的智能蒙皮，可用于預(yù)警、隱身和通信。
結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)
采用光纖傳感器和聚偏氟乙烯傳感器的智能結(jié)構(gòu)可對(duì)機(jī)翼、機(jī)架以及可重復(fù)使用航天運(yùn)載器進(jìn)行全壽命期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、損傷評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)；
空間站等大型在軌系統(tǒng)采用光纖智能結(jié)構(gòu)，可實(shí)時(shí)探測(cè)由于交會(huì)對(duì)接碰撞、隕石撞擊或其他原因引起的損傷，對(duì)損傷進(jìn)行評(píng)估，實(shí)施自診斷。
6.1.3 環(huán)境自適應(yīng)結(jié)構(gòu)
智能結(jié)構(gòu)制成的自適應(yīng)機(jī)翼，能夠?qū)崟r(shí)感知外界環(huán)境的變化，并可以驅(qū)動(dòng)機(jī)翼彎曲、扭轉(zhuǎn)，從而改變翼型和攻角，以獲得最佳氣動(dòng)特性，降低機(jī)翼阻力系數(shù)，延長(zhǎng)機(jī)翼的疲勞壽命。在機(jī)翼結(jié)構(gòu)中使用磁致伸縮致動(dòng)器，可使機(jī)翼阻力降低85%。
6.2智能材料與住宅智能化
6.2.1 多功能磚
具有變通性和智能性。
主要由四個(gè)分層構(gòu)成：
第一層是功能層，能感受來(lái)自周圍的聲能、熱能、光能，并能控制這些能量的輸出；第二層是通訊層，能為居住者提供內(nèi)外通信聯(lián)系的通道；第三層是輸送通道，可以用來(lái)輸送水和其它材料；第四層面膜是磚材的最上層，也具有多功能性。如壁膜可以使墻壁產(chǎn)生不同的色彩和圖案；傳感膜可以接收聲波、熱能和可見(jiàn)光并予以減弱或增強(qiáng)；地膜可產(chǎn)生耐久的色彩和圖案；界面膜可連接內(nèi)外通信線路。
6.2.2 食物器皿
在毫微塑料的桌面上旋轉(zhuǎn)的碗不僅能測(cè)知食物的存在，而且可以根據(jù)用戶的需要自行形成各種形狀的碟子，供準(zhǔn)備、烹調(diào)和上菜時(shí)使用。并且這種盛食物的碗還具有保溫和在不使用冰箱的情況下保鮮的功能。
6.2.3 座椅
用毫微塑料制作的坐椅不僅功能將大大增加，而且也將增加舒適程度。
使用毫微塑料能改變椅座面的柔韌性和彈性，也可以形成各種型式的椅座面。
毫微塑料可以形成所需的任何圖案或結(jié)構(gòu)，還能改變座椅本身的結(jié)構(gòu)。
由于不同年齡段的人對(duì)溫度舒適性的要求有很大區(qū)別，座椅還可以隨心所欲地升溫和降溫，甚至對(duì)人們喜愛(ài)的舒適溫度具有記憶功能。
6.3與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)相聯(lián)系的智能材料
6.3.1 人造肌肉
生物彈性材料能模擬活體生物，而且其力量 和反應(yīng)速度均接近于人體的肌肉。生物彈性材料可以應(yīng)用于人體組織的修復(fù)， 具有與生物體的相容性，隨著傷口的愈合，這種聚合物就會(huì)在體內(nèi)逐漸降解，最后將會(huì) 消失。
人造皮膚
意大利比薩大學(xué)的科研人員為了使機(jī)器人與真人更接近，讓它的皮膚具有感覺(jué)功能，研制成功一種人造皮膚智能材料。
材料可以感知溫度、熱流的變化以及各種應(yīng) 力的大小，并且有良好的空間分辨力。這種智能材料還可以分辨表面狀況，例如,粗糙度、摩擦力等。
6.3.2 在藥物自動(dòng)投入系統(tǒng)上的應(yīng)用
科學(xué)家正在研制一種能根據(jù)血液中的葡萄糖濃度而擴(kuò)張收縮的聚合物，這種聚合物可制成人造胰細(xì)胞，將它注入糖尿病患者的血液中，小球就可模擬胰細(xì)胞工作，使病人的血 糖濃度始終保持在平常的水平上。

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