自20世纪40年代问世以来,晶体管就不断改变着我们的生活。作为逻辑门和集成电路(芯片)的核心元件,晶体管无疑在推动计算机、智能手机、平板显示器、物联网乃至所有电子或电气系统的发展方面发挥着无与伦比的作用。过去几十年来,主流晶体管通常由硅材料和金属氧化物等无机半导体制成,有利于实现高迁移率、快速开关速度和优异的稳定性。因此,硅晶体管和金属氧化物半导体场效应晶体管被广泛应用于电子应用。然而,尽管这些晶体管的制造规模要小得多以满足摩尔定律的预测,但它们却非常坚硬,并且几乎接近速度和功耗的基本极限。由于未来对具有机械灵活性/坚固性和低功耗的晶体管的需求,功能材料、设备配置和集成处理技术的创新以促进从刚性设备到柔软、耐用和生物相容性的设备的演变势在必行。1
图1。肌电图(EMG)的神经界面,具有学识渊博的肌肉力解码器。随着用户生成的物理力被我们的界面解码并实时应用于虚拟物体,(a)说明了海滩球,排球和VR中的保龄球的变形,受强度不同的压力。海滩球比排球柔软,因此在相同的力量下表现出更大的变形,而保龄球则是刚性的,并且在手指压力的力范围内勉强变形。我们的方案可以帮助用户更好地感知/区分虚拟对象的物理属性,以类似于他们在现实世界中接近它的方式。(b)通过我们的系统显示了具有增强的物理现实主义的实力虚拟相互作用。3D资产信用sbbututuya,虚拟方法,Unity的Tgameassets和Sketchfab的Tankstorm。3D资产信用sbbututuya,虚拟方法,Unity的Tgameassets和Sketchfab的Tankstorm。
能够实时记录生理信号并提供适当治疗的高性能可穿戴和植入设备在个性化医疗改革中发挥着关键作用。然而,刚性无机设备与柔软有机人体组织之间的机械和生化不匹配会造成严重问题,包括皮肤刺激、组织损伤、信噪比降低以及使用时间有限。因此,人们投入了大量研究精力,通过使用灵活、可拉伸的设备设计和软材料来克服这些问题。在这里,我们总结了软生物电子学的最新代表性研究和技术进展,包括可变形和可拉伸的设备设计、各种类型的软电子材料以及表面涂层和处理方法。我们还重点介绍了这些策略在新兴软可穿戴和植入设备中的应用。我们最后总结了目前的一些局限性,并对这一蓬勃发展的领域的未来前景进行了展望。
到目前为止,机器人领域一直被机械刚性结构所主导。但随着机器人的功能开始更接近人类,开发新型机器人势在必行。软机器人就是这样一种可能,它指的是由柔软、柔顺的材料制成且没有刚性骨架的机器人。其应用范围包括生物医学机器人、实地研究机器人、仿生学到智能假肢。软机器人主要由三种组件组成,即机器人主体、柔性执行器和可伸缩电子设备。可伸缩电子电路进一步由晶体管、导线等组成。因此,实现完全可伸缩电路需要可伸缩组件。但在所有这些组件中,导体是对整个电路可伸缩性产生主要影响的组件。在本报告中,我将介绍用于制造柔性、可伸缩导体的候选材料和工艺,以应用于软机器人领域的可伸缩电子设备。
项目描述铜和黄金等优质金属部署了许多电子来进行电力,但是延性(或“软”),尤其是在高温下。陶瓷材料是“硬”和耐热的,但电气导体不良。我们是否可以找到具有良好电导率的“硬”金属或合金,可以在高温下抵抗机械变形?远不是一个学术问题,一个肯定的答案也将对您产生切实的实际后果!鉴于对数据存储的需求不断增加,硬盘驱动器(HDD)背后的技术已被推到极限。热辅助内存记录(HAMR)使用金属近场换能器(NFT)在很小的(一些纳米!)上写入磁性域,然后增加HDD容量。由于其电气和化学性能,黄金是当前选择的材料,但是机械缺陷限制了其对当前HAMR技术的可靠性。“硬”金属或合金具有与黄金相当的特性,但不像黄金那样“柔软”。
如前所述,与热固物质系统相比,与基于PTFE的产品的电线键合可能很困难。毛细管在PTFE表面上的作用可能会产生“反弹”效果,从而使实现良好的纽带变得困难。PTFE是一种软基质,由于毛细管的压力可能会略微变形。在基于PTFE的层压板结合时,通常有必要增加时间并减少解决柔软性问题的力量。一种用于抵消此效果的另一种方法是增加板条垫下方的板条层。此方法存在一些风险。增加的镍板可能会变脆,从而导致毛细管撞击的破裂或微断裂。由于柔软的基板材料处理,由于填充了Ni/Au板条迹线或垫面积的微裂纹风险也增加了。通常需要在材料类型,电路设计和所使用的设备中独有的镀金金属平衡。
皮肤和止血装置之间的适当施加的压力是防止经跨性程序后出血和术后并发症的重要参数。但是,通常会根据医生的主观判断来控制此参数,这可能会导致不良的止血作用或血栓形成。在这里,这项研究开发了一个紧凑而无线传感系统,用于连续监测临床实践中施加在径向动脉和腕部皮肤上的压力。基于液体金属(LM)的全柔软压力传感器,即使在较大的变形条件下,也可以在设备和皮肤之间启用形式附着。在0–100 kPa的宽压力范围内,线性灵敏度为0.007 kPa-1,并且可以将实时检测数据无线传输到移动客户端作为参考压力值。使用这些设备,可以收集,分析和存储详细的压力数据以进行医疗援助以及提高手术质量。
人体和机器之间的抽象长期,高效率和高度兼容的接口对于应对医疗保健等宏伟的社会挑战以及回答诸如了解人类大脑之类的巨大科学问题的宏伟挑战至关重要。我们建议理解和利用软材材料技术 - 具有设计特性的聚合物,弹性体,水凝胶和生物组织 - 以在人体和机器之间形成界面。在这个极端的机械字母(EML)网络研讨会1中,我们讨论了柔软材料的设计,以实现极端的机械性能,这对于形成这种长期,高效率和高度兼容的接口至关重要,这些界面可能会合并人类和机器及其智力。EML网络研讨会扬声器和视频可在https://imechanica.org/node/24098上进行更新。引言人类组织和器官大多柔软,湿和生物活性;电子设备和机器人等机器通常是硬,干燥和生物学上的惰性。,如果我们可以在人体和机器之间形成长期,高效率和高度兼容的接口,以合并人类和机器及其智力,该怎么办?这种界面对于应对医疗保健等宏伟的社会挑战以及回答诸如了解人类大脑等伟大的社会挑战至关重要。例如,可穿戴电子设备,医疗设备和可植入的医疗设备是医疗机器,试图通过时间尺度与人体合并,从小时到几天到几个月和几年。除了上述示例外,合并虽然这些医疗机器在过去几十年中已经大大发展,但它们与人体的界面几乎保持不变,例如组织上的金属电极。原始接口通常会严重阻碍医疗机器在健康人员和/或患者的监测,诊断和治疗中的效力和持续时间。虽然医疗机器和人工智能有着巨大的希望,可以彻底改变医疗保健2,3;机器和人体之间的长期,高效率和高度兼容的接口确实在这场革命中起着关键作用。作为另一个例子,尽管越来越强大的计算机正在不断开发,但在人脑大脑约860亿个神经元中,计算机和人类大脑之间的接口仍然仅限于几千个神经元。在长远的长期中,同时询问数百万个神经元,例如数月到几年,可能会给人类脑有新的理解。但是,这种理解将依赖于长期,高宽带和高度兼容的脑机界面的发展。
益生菌可以源自包括e大肠杆菌,白血病,肠球菌,链球菌和花梗种类的细菌。酵母类似糖疗法的酵母菌也可能会被液化。但是,将来会预计各种新型可能的益生菌类群。系统,并促进消化[5,6]。几种益生菌产物中存在的主要细菌属于双歧杆菌和乳酸杆菌属。研究表明,益生菌增强了胃肠道对潜在感染的防御能力,并增强了粘膜免疫的功能[7]。益生菌可以由美国食品药品监督管理局(FDA)归类为药品,食品添加剂或饮食柔软,取决于其预期用途。益生菌作为可以在没有FDA AP Profal的情况下销售的NU三个补充剂,大量出售。益生菌通常被认为具有106 CFU/mL的最低浓度;但是,最小有效数量不确定。选择最佳益生菌可能是一项艰巨的努力。尽管如此,一项先前的研究表明,影响益生菌功效的主要特征是疾病特异性,特异性和模式特异性[8]。
交联弹性体是可拉伸的材料,通常不可回收或可生物降解。中链链长多羟基烷酸盐(MCL-PHANE)柔软且延性,使这些基于生物的聚合物成为可生物降解的弹性体的良好候选者。弹性通常是通过交联网络结构来赋予的,而共价可适应性网络已作为解决方案出现,以通过触发的动态价值键的重排来制备可回收的热固件。在这里,我们通过在生物学生产的MCL-phase中化学安装可价型适应性网络来开发可生物降解和可回收的弹性体。具体而言,使用Pseudomonas putida的工程菌株用于生产含有吊坠末端烷烃的MCl plus,作为用于官能化的化学手柄。硫醇 - 烯化学用于掺入硼酯(BE)交联,从而产生基于PHA的玻璃体。mcl-lass与BE在低密度(<6摩尔%)的交联,提供了一种柔软的弹性材料,可显示热重点,可生物降解性和生命末期工作。机械性能显示了包括粘合剂和可生物降解机器人和电子产品在内的应用的潜力。